JP2009525158A - Cohesive bone-forming putty and said putty material - Google Patents

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Abstract

展延性で凝集性の形状保持性パテを含む移植可能な医用材料であって、無機質粒子、不溶性コラーゲン繊維、および可溶性コラーゲンを含む移植可能な医用材料が開示されている。本発明の医用材料は、生物学的に活性な因子(例えば、患者における骨もしくは他の組織の欠陥を処置するための骨形成タンパク質)と組み合わせて使用することができる。  An implantable medical material comprising a malleable, cohesive, shape-retaining putty is disclosed, the implantable medical material comprising inorganic particles, insoluble collagen fibers, and soluble collagen. The medical material of the present invention can be used in combination with a biologically active agent, such as a bone morphogenetic protein for treating bone or other tissue defects in a patient.

Description

本発明は、一般には、医用移植材料であるパテに関し、特定の態様においては、医用移植材料であるコラーゲン含有パテに関する。   The present invention relates generally to putty that is a medical implant material, and in certain embodiments, to a collagen-containing putty that is a medical implant material.

骨欠損を治療するのに種々の材料が提唱されている。従来の骨移植片の他に、幾つかのパテ材料を含めた多くの合成骨移植片代替品が使用されている。
骨の端から端までの成長(bone through−growth)を効果的に起こさせるために、移植材料は、実質的な骨格形成物質(例えば、生体適合性セラミックスや他の無機質骨格など)が存在することでメリットを導き出す。このような無機質物質は、一般には硬くて脆い物質である。パテ材料中に実質的な量の無機質粒子を組み込むこと(特に、グラニュールや他の比較的大きな粒子について)は困難であることがわかっている。なぜなら、硬質材料の大きなピースが存在するとパテ塊体が乱され、したがってパテ塊体が容易に崩壊するか又は徐々に侵食され、移植する前の取り扱いに対して必要な、そして移植後の持続性に対して必要な凝集性を失うからである。このことは、骨格形成粒状物の移行や分離を引き起こすので、所望する体積中に効果的な骨成長を達成する上で、そして所望する体積の端から端まで効果的な骨成長を達成する上で幾つかの問題が生じる。
Various materials have been proposed to treat bone defects. In addition to conventional bone grafts, many synthetic bone graft substitutes have been used, including several putty materials.
In order to effectively cause bone through-growth, the graft material has substantial skeleton-forming substances (eg, biocompatible ceramics and other inorganic skeletons). To derive benefits. Such an inorganic substance is generally a hard and brittle substance. Incorporating substantial amounts of inorganic particles in the putty material has proved difficult (particularly for granules and other relatively large particles). Because the presence of large pieces of hard material disturbs the putty mass, and therefore the putty mass easily collapses or gradually erodes and is necessary for handling prior to transplantation and persistence after transplantation This is because the necessary cohesiveness is lost. This causes migration and separation of the skeletal granulate, thus achieving effective bone growth in the desired volume and achieving effective bone growth from end to end of the desired volume. There are several problems.

この分野における背景を考慮して、比較的大きめの無機質粒子を高レベルにて組み込んでいるだけなく、展延性と凝集性の望ましい組み合わせを維持する改良されたパテ材料が求められている。特定の態様においては、本発明はこれらのニーズに関する。   In view of the background in this field, there is a need for an improved putty material that not only incorporates relatively large inorganic particles at a high level, but also maintains a desirable combination of spreadability and agglomeration. In certain embodiments, the present invention relates to these needs.

したがって1つの態様においては、本発明は、無機質粒子とコラーゲンとの組み合わせ物を含んだ展延性で凝集性の形状保持性パテを含む移植可能な骨形成医用材料に関し、ここでコラーゲンが、不溶性コラーゲン繊維およびそれと同重量もしくは相対的により少ない重量の可溶性コラーゲンを含む。したがって1つの実施態様においては、本発明は、60〜75重量%の水性液体媒体を含み、そして約0.6mg/cc〜約2mg/ccのレベルにて組み込まれた骨形態形成タンパク質を含む、展延性で凝集性の形状保持性パテを提供する。本発明のパテは、0.4mm〜5mmの範囲の平均粒径を有する無機質粒子を、全体としてのパテ中に0.25g/cc〜0.35/ccのレベルにて分散状態で含む。本発明のパテはさらに、不溶性コラーゲン繊維を0.04g/cc〜0.1g/ccのレベルにて、および可溶性コラーゲンを0.01g/cc〜0.08g/ccのレベルにて含み、但しパテ中の不溶性コラーゲン繊維と可溶性コラーゲンとの重量比は4:1〜1:1の範囲である。   Accordingly, in one aspect, the invention relates to an implantable osteogenic medical material comprising a malleable, cohesive, shape-retaining putty comprising a combination of inorganic particles and collagen, wherein the collagen is insoluble collagen. Contains fiber and the same or relatively less weight of soluble collagen. Thus, in one embodiment, the present invention comprises 60-75% by weight aqueous liquid medium and comprises bone morphogenic protein incorporated at a level of about 0.6 mg / cc to about 2 mg / cc. Provides a malleable and cohesive shape-retaining putty. The putty of the present invention contains inorganic particles having an average particle size in the range of 0.4 mm to 5 mm in a dispersed state at a level of 0.25 g / cc to 0.35 / cc in the overall putty. The putty of the present invention further comprises insoluble collagen fibers at a level of 0.04 g / cc to 0.1 g / cc and soluble collagen at a level of 0.01 g / cc to 0.08 g / cc, provided that the putty The weight ratio of the insoluble collagen fibers to the soluble collagen is in the range of 4: 1 to 1: 1.

他の実施態様においては、本発明は、水性液体媒体を60〜75重量%にて、そして0.4mm〜5mmの範囲の平均粒径を有する分散無機質粒子を0.25g/cc〜0.35g/ccにて含んだ展延性で凝集性の形状保持性パテを含む移植可能な医用材料を提供する。パテはさらに、不溶性コラーゲン繊維を0.04g/cc〜0.1g/ccのレベルにて、および可溶性コラーゲンを0.01g/cc〜0.08g/ccのレベルにて含み、但し不溶性コラーゲン繊維と可溶性コラーゲンとの重量比は4:1〜1:1の範囲である。このようなパテは、骨伝導材料として(たとえば骨空隙充填剤の用途において)使用することもできるし、および/または、1種以上の骨形成タンパク質を組み込んで骨形成パテをもたらすように変性を施すこともできる。   In another embodiment, the present invention provides an aqueous liquid medium at 60-75% by weight and 0.25 g / cc to 0.35 g of dispersed inorganic particles having an average particle size in the range of 0.4 mm to 5 mm. An implantable medical material comprising a malleable, cohesive, shape-retaining putty contained at / cc is provided. The putty further comprises insoluble collagen fibers at a level of 0.04 g / cc to 0.1 g / cc and soluble collagen at a level of 0.01 g / cc to 0.08 g / cc, provided that the insoluble collagen fibers and The weight ratio with soluble collagen is in the range of 4: 1 to 1: 1. Such putty can be used as an osteoconductive material (eg, in bone void filler applications) and / or modified to incorporate one or more bone morphogenetic proteins to provide an osteogenic putty. It can also be applied.

他の実施態様においては、本発明は、移植可能な医用パテ材料を製造する方法を提供する。本発明の方法は、約0.4mm〜約5mmの平均粒径を有する粒状無機質材料を崩壊可能なコラーゲンマトリックス中に埋め込んだ状態で含む乾燥多孔性材料を用意することを含む。この乾燥材料は、70〜90重量%の粒状セラミック材料と10〜30重量%のコラーゲンで構成される。コラーゲンマトリックスは、不溶性コラーゲン繊維と可溶性コラーゲンを4:1〜1:1の重量比にて含む。本発明の方法はさらに、乾燥した材料にある量の水性媒体を加える工程、および60〜75重量%の水を含む展延性で凝集性の形状保持性パテが得られるようにコラーゲンマトリックスを崩壊させる工程を含む。この実施態様の特定の態様においては、水性媒体は、移植可能な骨形成医用材料が得られるように、骨形態形成タンパク質を約0.6mg/cc〜約2mg/ccのレベルにて水性媒体中に溶解した状態で含んでよい。   In another embodiment, the present invention provides a method of manufacturing an implantable medical putty material. The method of the present invention includes providing a dry porous material comprising a particulate mineral material having an average particle size of about 0.4 mm to about 5 mm embedded in a collapsible collagen matrix. This dry material is composed of 70-90% by weight of a particulate ceramic material and 10-30% by weight of collagen. The collagen matrix contains insoluble collagen fibers and soluble collagen in a weight ratio of 4: 1 to 1: 1. The method of the present invention further comprises the step of adding an amount of aqueous medium to the dried material and collapsing the collagen matrix to obtain a malleable, coherent shape-retaining putty comprising 60-75% by weight water. Process. In a particular aspect of this embodiment, the aqueous medium contains bone morphogenetic protein in an aqueous medium at a level of about 0.6 mg / cc to about 2 mg / cc so that an implantable osteogenic medical material is obtained. It may be contained in a dissolved state.

さらに他の実施態様においては、本発明は、約0.4mm〜約5mmの平均粒径を有する粒状セラミック材料を崩壊可能なコラーゲンマトリックス中に埋め込んだ状態で含む乾燥多孔性物体を含む移植材料を提供し、このとき前記乾燥多孔性物体は、70〜90重量%の粒状無機質材料と10〜30重量%のコラーゲンを含む。コラーゲンマトリックスは、不溶性コラーゲン繊維と可溶性コラーゲンを含み、このとき不溶性コラーゲン繊維と可溶性コラーゲンは4:1〜1:1の重量比にて存在する。この乾燥多孔性物体は、コラーゲン繊維と水性コラーゲンゲルと粒状無機質材料との混合物を含んだ、展延性で凝集性の形状保持性パテ材料を形成するよう、生体適合性の水性液体で湿潤可能である。   In yet another embodiment, the present invention provides an implant comprising a dry porous body comprising a particulate ceramic material having an average particle size of about 0.4 mm to about 5 mm embedded in a collapsible collagen matrix. Provided, wherein the dry porous body comprises 70-90 wt% particulate mineral material and 10-30 wt% collagen. The collagen matrix includes insoluble collagen fibers and soluble collagen, wherein the insoluble collagen fibers and soluble collagen are present in a weight ratio of 4: 1 to 1: 1. This dry porous body can be wetted with a biocompatible aqueous liquid to form a malleable, cohesive, shape-retaining putty material containing a mixture of collagen fibers, aqueous collagen gel and particulate mineral material. is there.

さらに他の実施態様においては、本発明は、本明細書に記載の医用材料を患者に移植することを含む、患者を処置する方法を提供する。
本発明のさらに他の実施態様ならびに特徴と利点は、下記の説明から当業者には明らかであろう。
In yet another embodiment, the present invention provides a method of treating a patient comprising implanting the medical material described herein into the patient.
Still other embodiments and features and advantages of the present invention will be apparent to those skilled in the art from the following description.

(発明の詳細な説明)
本発明の原理の理解を促進するために、特定の実施態様について言及し、これらの実施態様を説明するのに特定の用語を使用する。それでもなお理解しておかねばならないことは、これによって本発明の範囲を限定することは意図しておらず、図示した器具のさらなる変更や改良、および本発明の原理のさらなる応用は、本発明が関係する当業者にとっては普通に考えうるものであると見なされる、という点である。
(Detailed description of the invention)
In order to facilitate an understanding of the principles of the invention, reference will be made to specific embodiments, and specific terminology will be used to describe these embodiments. Nonetheless, it should be understood that this is not intended to limit the scope of the present invention, and further modifications and improvements to the illustrated apparatus and further applications of the principles of the present invention are intended to It is considered that it is normally considered to those skilled in the art.

上記したように、特定の態様においては、本発明は、移植可能な骨形成医用パテ、およびこのような骨形成医用パテを製造するのに有用な方法と材料に関する。本発明の好ましい医用パテ材料は、高い無機質含量、展延性、凝集性、および形状保持性を含めた有利な特性の組み合わせを有する。この点において、本明細書で使用している“展延性の(malleable)”とは、圧力を加えることによって、該材料を、第1の形状から第2の形状に永久的に変えることができる、ということを意味している。本明細書で使用している“凝集性の(cohesive)”とは、延伸したときに、パテが破断せずにかなり長く伸びるという能力を示すことを含めて、延伸しても、パテが個々のつながった塊体のまま留まる傾向がある、ということを意味している。不溶性コラーゲン繊維と可溶性コラーゲンを含有する本発明のパテという文脈においては、延伸すると、好ましいパテは伸張を示し、その伸張時に、互いにくっついている相当量の相互かみ合いコラーゲン繊維の存在が明らかになる。本明細書で使用している“形状保持性の(shape−retaining)”とは、パテ材料の粘性が高く、圧力を加えなければ、パテ材料は、そのままの形状を保持する傾向がある、ということを意味している。このことは、容易に流動し、したがって表面に施すと水たまりのようになる、より低粘性のペースト形態材料とは対照的である。本発明の特定の特徴においては、成分を新規に組み合わせることで、相当量の大きめの無機質粒子を含有するだけでなく、展延性、凝集性、および形状保持性に関して優れた特性を示す医用パテ材料が得られる。   As noted above, in certain aspects, the present invention relates to implantable osteogenic medical patties and methods and materials useful for making such osteogenic medical patties. Preferred medical putty materials of the present invention have a combination of advantageous properties including high mineral content, spreadability, cohesiveness, and shape retention. In this regard, as used herein, “maleable” refers to the ability to permanently change the material from a first shape to a second shape by applying pressure. It means that. As used herein, “cohesive” refers to the ability of an individual putty to be stretched even when stretched, including the ability of the putty to stretch fairly long without breaking when stretched. It means that there is a tendency to remain as a connected mass of. In the context of the putty of the present invention containing insoluble collagen fibers and soluble collagen, when stretched, the preferred putty exhibits stretching, upon which the presence of a substantial amount of interdigitated collagen fibers sticking together is evident. As used herein, “shape-retaining” means that the putty material has a high viscosity and, if no pressure is applied, the putty material tends to retain its shape as it is. It means that. This is in contrast to the less viscous paste-form materials that flow easily and thus become puddles when applied to the surface. In a specific feature of the present invention, a medical putty material that not only contains a considerable amount of large inorganic particles but also exhibits excellent properties in terms of spreadability, cohesiveness, and shape retention by combining the ingredients newly. Is obtained.

本発明の態様によるパテは、可溶性コラーゲンと不溶性コラーゲンとの組み合わせ物を含む。“可溶性コラーゲン”とは、酸性の水性環境において個々のトロポコラーゲン分子が溶解する、ということを表わしている。トロポコラーゲンは、コラーゲン繊維のモノマー単位であると見なすことができ、そのトリプルヘリックス構造は明確に理解されている。本明細書で使用している“不溶性コラーゲン”とは、化学的な改質を施さなければアルカリ水溶液や任意の無機塩溶液中に溶解させることができないコラーゲンを表わしており、例えば、皮膚、薄皮、および他の哺乳類もしくは爬虫類の外被などがある。例えば、“天然不溶性コラーゲン”は、動物の皮膚(例えば、ウシ属動物やブタなど)の中間層である真皮[グレイン側(grain side)と肉のついた側(flesh side)との間に位置する]から得ることができる。“再生コラーゲン”は、個々のトリプルヘリカル分子に解重合され、溶液にさらされ、そしてフィブリル様の形態に再構築されている、本質的にコラーゲン繊維セグメントである。   The putty according to aspects of the present invention comprises a combination of soluble and insoluble collagen. “Soluble collagen” refers to the dissolution of individual tropocollagen molecules in an acidic aqueous environment. Tropocollagen can be regarded as a monomeric unit of collagen fibers, and its triple helix structure is clearly understood. As used herein, “insoluble collagen” refers to collagen that cannot be dissolved in an alkaline aqueous solution or any inorganic salt solution without chemical modification. For example, skin, thin skin , And other mammals or reptile coats. For example, “naturally insoluble collagen” is the dermis (the grain side and the flesh side) that is the middle layer of animal skin (eg, bovines and pigs). Can be obtained from. “Regenerated collagen” is essentially a collagen fiber segment that is depolymerized into individual triple helical molecules, exposed to solution, and reconstituted into a fibril-like morphology.

本発明の好ましい実施態様のコラーゲンパテは、可溶性コラーゲンと不溶性コラーゲン繊維を含有する。可溶性コラーゲンと不溶性コラーゲン繊維は、最初に別々に作製し、それから混ぜ合わせることができる。可溶性コラーゲンと不溶性コラーゲン繊維は、ウシ属動物の皮膚から得ることができるが、他のコラーゲン供給源からも作製することができる(例えば、ウシ属動物の腱、ブタの組織、組み換えDNA技術、および発酵など)。   The collagen putty of a preferred embodiment of the present invention contains soluble collagen and insoluble collagen fibers. Soluble collagen and insoluble collagen fibers can first be made separately and then combined. Soluble collagen and insoluble collagen fibers can be obtained from bovine skin, but can also be made from other collagen sources (eg, bovine tendon, porcine tissue, recombinant DNA technology, and Fermentation).

特定の実施態様においては、本発明は、不溶性コラーゲン繊維をパテ1cc当たり0.04g〜0.1gのレベルにて、そして可溶性コラーゲンをパテ1cc当たり0.01g〜0.08gにて含むパテ形態組成物を提供する。他の実施態様においては、このような組成物は、不溶性コラーゲン繊維をパテ1cc当たり0.05g〜0.08gのレベルにて、そして可溶性コラーゲンをパテ1cc当たり0.02g〜0.05gにて含む。一般には、本発明のパテは、パテ材料の所望の取り扱いと移植特性に対して有利な形で寄与するために、不溶性コラーゲン繊維を、可溶性コラーゲンの量と同等以上の量(重量%)にて含む。好ましい実施態様においては、コラーゲンマトリックスは、不溶性コラーゲン繊維と可溶性コラーゲンを4:1〜1:1の重量比にて、さらに好ましくは約75:25〜約60:40の重量比にて含む。本発明のさらに望ましいパテは、不溶性コラーゲン繊維と可溶性コラーゲンを約75:25〜約65:35の重量比にて、そしてある特定の実施態様においては約70:30の重量比にて含む。   In a particular embodiment, the present invention provides a putty form composition comprising insoluble collagen fibers at a level of 0.04 to 0.1 g per cc of putty and soluble collagen at 0.01 to 0.08 g per cc of putty. Offer things. In other embodiments, such compositions comprise insoluble collagen fibers at a level of 0.05 to 0.08 g per cc of putty and soluble collagen at 0.02 to 0.05 g per cc of putty. . In general, the putty of the present invention contributes insoluble collagen fibers in an amount (% by weight) equal to or greater than the amount of soluble collagen in order to contribute in an advantageous manner to the desired handling and grafting properties of the putty material. Including. In a preferred embodiment, the collagen matrix comprises insoluble collagen fibers and soluble collagen in a weight ratio of 4: 1 to 1: 1, more preferably in a weight ratio of about 75:25 to about 60:40. A more desirable putty of the present invention comprises insoluble collagen fibers and soluble collagen in a weight ratio of about 75:25 to about 65:35, and in certain embodiments, a weight ratio of about 70:30.

本発明の医用パテはさらに、ある量の粒状無機質材料を含む。本発明の特定の態様においては、粒状無機質材料は、本発明のパテ組成物中に、パテ1cc当たり少なくとも約0.25gのレベルにて、一般には約0.25g/cc〜約0.35g/ccの範囲にて組み込まれる。このような比較的高いレベルの無機質材料は、新たな骨の内なる成長のための骨格をもたらす上で有用となる。   The medical putty of the present invention further includes an amount of particulate inorganic material. In a particular embodiment of the invention, the particulate mineral material is present in the putty composition of the invention at a level of at least about 0.25 g per cc of putty, generally from about 0.25 g / cc to about 0.35 g / It is incorporated in the range of cc. Such relatively high levels of inorganic material are useful in providing a skeleton for new bone ingrowth.

本発明において使用される無機質は、骨の内なる成長のための骨格をもたらすのに有効な、天然もしくは合成の無機質を含んでよい。例えば、無機質マトリックスは、骨片、バイオグラス(Bioglass)(登録商標)、リン酸三カルシウム、二相リン酸カルシウム、ヒドロキシアパタイト、コラリン(corraline)ヒドロキシアパタイト、および生体適合性セラミックからなる群からの1種以上の材料から選択することができる。二相リン酸カルシウムは、本発明において使用するための特に望ましい合成セラミックである。このような二相リン酸カルシウムは、約50:50〜約95:5の、さらに好ましくは約70:30〜約95:5の、さらに好ましくは約80:20〜約90:10の、そして最も好ましくは約85:15のリン酸三カルシウム:ヒドロキシアパタイト重量比を有してよい。無機質材料は、約0.4mm〜約5.0mmの、より一般的には約0.4mm〜約3.0mmの、そして望ましくは約0.4mm〜2.0mmの平均粒径を有する粒子状物質であってよい。   The minerals used in the present invention may include natural or synthetic minerals that are effective to provide a skeleton for bone ingrowth. For example, the inorganic matrix is one from the group consisting of bone fragments, Bioglass®, tricalcium phosphate, biphasic calcium phosphate, hydroxyapatite, coralline hydroxyapatite, and biocompatible ceramics. The above materials can be selected. Biphasic calcium phosphate is a particularly desirable synthetic ceramic for use in the present invention. Such biphasic calcium phosphate is about 50:50 to about 95: 5, more preferably about 70:30 to about 95: 5, more preferably about 80:20 to about 90:10, and most preferably May have a tricalcium phosphate: hydroxyapatite weight ratio of about 85:15. The inorganic material is in the form of particles having an average particle size of about 0.4 mm to about 5.0 mm, more typically about 0.4 mm to about 3.0 mm, and desirably about 0.4 mm to 2.0 mm. It may be a substance.

本発明の他の態様においては、無機質材料は、粒状無機質材料に関して上記したうちの平均粒径をもたらすように粉砕された骨片(網状骨でもよいが、好ましいのは皮膚性骨である)を含んでよい。ヒトからの骨源も、ヒト以外からの骨源も、本発明において使用するのに適しており、骨は、移植を受け入れるよう、哺乳類に対して本質的に自己移植片であって、同種移植片であっても、あるいは異種移植片であってもよい。当業界に公知の適切な前処理を施して、骨片を無機質材料として、または無機質材料中に使用した場合に、疾病伝播および/または免疫原性反応のリスクを最小限に抑えることができる。   In another aspect of the present invention, the inorganic material comprises bone fragments (which may be reticular bone, but preferably is dermal bone) that has been ground to provide an average particle size of those described above with respect to the particulate inorganic material. May include. Both human and non-human bone sources are suitable for use in the present invention, and the bone is essentially an autograft to the mammal to receive the transplant and is allograft. It may be a piece or a xenograft. Appropriate pretreatments known in the art can be applied to minimize the risk of disease transmission and / or immunogenic reactions when bone fragments are used as or in mineral materials.

1つの実施態様においては、免疫原性を低下もしくは除去するよう前処理された異種骨が、移植組成物における多孔性無機質マトリックス中に、または多孔性無機質マトリックスとして使用される。例えば、骨を焼成するか、あるいは骨からタンパク質を除去して、移植材料に対する免疫原性反応のリスクを低下させることができる。   In one embodiment, xenogeneic bone that has been pretreated to reduce or eliminate immunogenicity is used in or as a porous mineral matrix in an implant composition. For example, bone can be fired or protein can be removed from the bone to reduce the risk of an immunogenic response to the transplant material.

本発明のパテ形態組成物は、液体キャリヤー(一般には、水、塩水、または緩衝液などの水性液体である)をかなり高い割合で含んでよい。1つの態様においては、本発明の展延性で凝集性の形状保持性パテは、約60〜75重量%(好ましくは約65〜75重量%)の水性液体媒体(例えば水)を含む。   The putty form composition of the present invention may comprise a fairly high proportion of a liquid carrier (generally an aqueous liquid such as water, saline or buffer). In one embodiment, the spreadable and cohesive shape-retaining putty of the present invention comprises about 60-75% by weight (preferably about 65-75% by weight) of an aqueous liquid medium (eg, water).

パテ形態組成物はさらに、骨形態形成タンパク質を、哺乳類(例えばヒト患者)に移植したときにパテを骨形成性にするのに効果的な量にて含んでよい。1つの実施態様においては、本発明のパテ組成物は、骨形態形成タンパク質を、パテ1cc当たり約0.6mg〜約2mgのレベルにて(好ましくはパテ1cc当たり約0.8mg〜約1.8mgのレベルにて)含む。   The putty form composition may further comprise a bone morphogenic protein in an amount effective to render the putty osteogenic when implanted in a mammal (eg, a human patient). In one embodiment, the putty composition of the present invention provides bone morphogenic protein at a level of about 0.6 mg to about 2 mg per cc of putty (preferably about 0.8 mg to about 1.8 mg per cc of putty. Included).

前述したように、本発明の組成物は一般に、不溶性コラーゲン繊維と可溶性コラーゲンとを、例えば約4:1〜約1:1の重量比にて含む。本発明のパテ組成物は、不溶性コラーゲン繊維を可溶性コラーゲンより多く含む(例えば、重量比にて約75:25〜約60:40、さらに望ましくは約75:25〜約65:35、そして特定の実施態様においては約70:30)のが好ましい。これらの目的に適う適切なコラーゲン物質は、文献にて公知の方法を使用して作製することもできるし、あるいは工業用供給源[例えば、Semed Sとして知られている可溶性コラーゲン、Semed Fとして知られている繊維質コラーゲン、およびP1076として知られている複合コラーゲン;ペンシルベニア州エクストンのケンシーナッシュ社製造]から得ることもできる。   As mentioned above, the compositions of the present invention generally comprise insoluble collagen fibers and soluble collagen, for example in a weight ratio of about 4: 1 to about 1: 1. The putty composition of the present invention contains more insoluble collagen fibers than soluble collagen (e.g., about 75:25 to about 60:40 by weight, more preferably about 75:25 to about 65:35, and certain In an embodiment, about 70:30) is preferred. Suitable collagenous materials for these purposes can be made using methods known in the literature, or can be produced by industrial sources [eg soluble collagen known as Smed S, known as Smed F. Fiber collagen, and complex collagen known as P1076; manufactured by Kency Nash, Exton, Pa.].

本発明の方法および/または組成物においては、例えば、得られた自己骨や他の適切な骨形成物質を含めた任意の適切な骨形成物質を使用することができる。特定の実施態様においては、骨形成物質は、骨の形成を引き起こす上で効果的な成長因子を含んでよい。成長因子は、骨形態形成タンパク質(BMP)として一般的に知られている種類のタンパク質であるのが望ましく、特定の実施態様においては組み換えヒト(rh)BMPであってよい。これらのBMPタンパク質は、骨形成作用、軟骨形成作用、および他の成長・分化作用を有することが知られており、rhBMP−2、rhBMP−3、rhBMP−4(rhBMP−2Bとも呼ばれる)、rhBMP−5、rhBMP−6、rhBMP−7(rhOP−1)、rhBMP−8、rhBMP−9、rhBMP−12、rhBMP−2、rhBMP−13、rhBMP−15、rhBMP−16、rhBMP−17、rhBMP−18、rhGDF−1、rhGDF−3、rhGDF−5、rhGDF−6、rhGDF−7、rhGDF−8、rhGDF−9、rhGDF−10、rhGDF−11、rhGDF−12、およびrhGDF−14などがある。例えば、BMP−2、BMP−3、BMP−4、BMP−5、BMP−6、およびBMP−7は、米国特許第5,108,922号、第5,013,649号、第5,116,738号、第5,106,748号、第5,187,076号、および第5,141,905号に開示されており;BMP−8はPCT公開WO91/18098に開示されており;BMP−9はPCT公開WO93/00432に開示されており;BMP−10は米国特許第5,637,480号に開示されており;BMP−11は米国特許第5,639,638号に開示されており;BMP−12またはBMP−13は米国特許第5,658,882号に開示されており;BMP−15は米国特許第5,635,372号に開示されており;BMP−16は米国特許第5,965,403号と第6,331,612号に開示されている。有用の可能性のある他の組成物としては、Vgr−2、および成長・分化因子のいずれか1種(PCT出願WO94/15965、WO94/15949、WO95/01801、WO95/01802、WO94/21681、WO94/15966、WO95/10539、WO96/01845、WO96/02559、および他のPCT出願に開示の組成物)がある。さらに、本発明において有用であると思われるのは、WO94/01557に開示のBIP;JP公開番号7−250688に開示のHP00269;およびPCT出願WO93/16099に開示のMP52;である。これら全ての特許および特許出願の開示内容を参照により本明細書に含める。さらに本発明において有用なのは、上記のヘテロダイマーおよび変性タンパク質もしくはそれらの部分欠失生成物である。これらのタンパク質は、単独で使用することもできるし、あるいは2種以上の混合物にて使用することもできる。好ましいのはrhBMP−2である。   Any suitable osteogenic material can be used in the methods and / or compositions of the present invention, including, for example, the resulting autologous bone and other suitable osteogenic materials. In certain embodiments, the osteogenic material may include a growth factor that is effective in causing bone formation. The growth factor is desirably a type of protein commonly known as bone morphogenetic protein (BMP), and in certain embodiments may be recombinant human (rh) BMP. These BMP proteins are known to have osteogenic action, chondrogenic action, and other growth / differentiation actions, and include rhBMP-2, rhBMP-3, rhBMP-4 (also called rhBMP-2B), rhBMP. -5, rhBMP-6, rhBMP-7 (rhOP-1), rhBMP-8, rhBMP-9, rhBMP-12, rhBMP-2, rhBMP-13, rhBMP-15, rhBMP-16, rhBMP-17, rhBMP- 18, rhGDF-1, rhGDF-3, rhGDF-5, rhGDF-6, rhGDF-7, rhGDF-8, rhGDF-9, rhGDF-10, rhGDF-11, rhGDF-12, and rhGDF-14. For example, BMP-2, BMP-3, BMP-4, BMP-5, BMP-6, and BMP-7 are described in U.S. Patent Nos. 5,108,922, 5,013,649, and 5,116. , 738, 5,106,748, 5,187,076, and 5,141,905; BMP-8 is disclosed in PCT Publication WO 91/18098; -9 is disclosed in PCT Publication WO 93/00432; BMP-10 is disclosed in US Pat. No. 5,637,480; BMP-11 is disclosed in US Pat. No. 5,639,638. BMP-12 or BMP-13 is disclosed in US Pat. No. 5,658,882; BMP-15 is disclosed in US Pat. No. 5,635,372; BMP-16 is disclosed in US Disclosed in Patent Nos. 5,965,403 and No. 6,331,612. Other compositions that may be useful include Vgr-2 and any one of the growth / differentiation factors (PCT applications WO94 / 15965, WO94 / 15949, WO95 / 01801, WO95 / 01802, WO94 / 21681, WO 94/15966, WO 95/10539, WO 96/01845, WO 96/02559, and other PCT applications). Further useful in the present invention are BIP disclosed in WO94 / 01557; HP00269 disclosed in JP Publication No. 7-250688; and MP52 disclosed in PCT application WO93 / 16099. The disclosures of all these patents and patent applications are incorporated herein by reference. Also useful in the present invention are the heterodimers and denatured proteins or partial deletion products thereof described above. These proteins can be used alone or in a mixture of two or more. Preferred is rhBMP-2.

BMPは、遺伝子組み換え技術によって作製することもできるし、あるいはタンパク質組成物から精製することもできる。BMPは、ホモダイマーであってもよいし、あるいは他のBMPとのヘテロダイマー(例えば、1つのBMP−2モノマーと1つのBMP−6モノマーとで構成されるヘテロダイマー)であってもよいし、あるいはアクティビン、インヒビン、およびTGF−β1等のTGF−β上科の他のメンバーとのヘテロダイマー(例えば、1つのBMPモノマーと、TGF−β上科の1つの関連メンバーとで構成されるヘテロダイマー)であってもよい。このようなヘテロダイマータンパク質の例が、例えばPCT特許出願WO93/09229(該特許出願を参照により本明細書に含める)に開示されている。本発明において有用な骨形成タンパク質の量は、前駆細胞に浸潤する骨形成作用の増大を刺激するのに有効な量であり、処置される欠陥の程度と特性、および使用されるキャリヤーとタンパク質の種類、を含めた幾つかのファクターに依存する。特定の実施態様においては、供給すべき骨形成タンパク質の量は約0.05mg〜約1.5mgの範囲である。   BMP can be produced by genetic recombination techniques or can be purified from a protein composition. BMP may be a homodimer or a heterodimer with another BMP (for example, a heterodimer composed of one BMP-2 monomer and one BMP-6 monomer), Alternatively, heterodimers with other members of the TGF-β superfamily such as activin, inhibin, and TGF-β1 (eg, heterodimers composed of one BMP monomer and one related member of the TGF-β superfamily) Dimer). Examples of such heterodimeric proteins are disclosed, for example, in PCT patent application WO 93/09229, which is hereby incorporated by reference. The amount of bone morphogenetic protein useful in the present invention is an amount effective to stimulate an increased osteogenic effect infiltrating progenitor cells, and the extent and nature of the defect being treated and the carrier and protein used. Depends on several factors including type. In certain embodiments, the amount of bone morphogenetic protein to be supplied ranges from about 0.05 mg to about 1.5 mg.

本発明のパテにおいては、他の治療用成長因子または治療用物質(特に、骨の形成を刺激するのに使用できるもの)も使用することができる。このようなタンパク質は公知であり、例えば、血小板由来成長因子、インスリン様成長因子、軟骨由来骨形態形成タンパク質、成長・分化因子[例えば成長・分化因子5(GDF−5)]、および形質転換成長因子(TGF−αとTGF−βを含む)などがある。同様に、生物学的に誘導される他のマトリックス物質[例えば脱塩骨マトリックス(DBM)]も、本発明のパテ中に組み込むことができる。   Other therapeutic growth factors or therapeutic substances (especially those that can be used to stimulate bone formation) can also be used in the putty of the present invention. Such proteins are known and include, for example, platelet-derived growth factor, insulin-like growth factor, cartilage-derived bone morphogenic protein, growth / differentiation factor [eg, growth / differentiation factor 5 (GDF-5)], and transformed growth There are factors (including TGF-α and TGF-β). Similarly, other biologically derived matrix materials [eg, demineralized bone matrix (DBM)] can be incorporated into the putty of the present invention.

本発明において使用される骨形成タンパク質または他の生物学的に活性な薬剤は、液状配合物(例えば緩衝化水性配合物)の形で供給することができる。特定の実施態様においては、本発明の骨形成パテ材料を作製するために、このような配合物を、乾燥移植材料と混合し、乾燥移植材料上に及び/又は乾燥移植材料中に受け入れ、あるいは乾燥移植材料と組み合わせる。   The bone morphogenetic protein or other biologically active agent used in the present invention can be supplied in the form of a liquid formulation (eg, a buffered aqueous formulation). In certain embodiments, such a formulation is mixed with a dry implant material and received on and / or in a dry implant material to make the osteogenic putty material of the present invention, or Combine with dry transplant material.

本発明の組成物をさらに向上させるものとして、当業者は、他の骨形成増進因子を組成物中に組み込むことができる、ということが容易にわかるであろう。このような追加因子としては、宿主適合性の骨形成前駆細胞、自己骨髄、同種骨髄、形質転換成長因子−β、線維芽細胞成長因子、血小板由来成長因子、インスリン様成長因子、ミクログロブリン−β、抗生物質、抗真菌剤、湿潤剤、グリセロール、ステロイド、および非ステロイド系の抗炎症性化合物などがあるが、これらに限定されない。   As a further improvement of the composition of the present invention, one skilled in the art will readily appreciate that other bone formation enhancing factors can be incorporated into the composition. Such additional factors include host-compatible osteogenic precursor cells, autologous bone marrow, allogeneic bone marrow, transforming growth factor-β, fibroblast growth factor, platelet-derived growth factor, insulin-like growth factor, microglobulin-β , Antibiotics, antifungals, wetting agents, glycerol, steroids, and non-steroidal anti-inflammatory compounds.

他の態様においては、本発明は、本発明のパテ材料を製造するために、適切な量の水性媒体と混合することができる乾燥移植材料を提供する。乾燥移植材料は、約0.4mm〜約5mmの平均粒径を有する粒状無機質材料を崩壊可能なコラーゲンマトリックス中に埋め込んだ状態で含む多孔性物体である。乾燥多孔性移植材料は、70〜90重量%の粒状無機質材料と10〜30重量%のコラーゲンを含む。コラーゲンマトリックスは、不溶性コラーゲン繊維と可溶性コラーゲンを、上記の重量比(すなわち4:1〜1:1)にて、好ましくは約75:25〜約60:40にて、さらに好ましくは約75:25〜約65:35にて、そして特定の実施態様においては約70:30にて含む。さらに、前述したように、粒状無機質材料は、一般には0.4mm〜3.0mmの平均粒径を、さらに好ましくは0.4mm〜2.0mmの平均粒径を有する。   In another aspect, the present invention provides a dry implant that can be mixed with an appropriate amount of an aqueous medium to produce the putty material of the present invention. A dry graft material is a porous object comprising a particulate mineral material having an average particle size of about 0.4 mm to about 5 mm embedded in a collapsible collagen matrix. The dry porous graft material comprises 70-90% by weight particulate mineral material and 10-30% by weight collagen. The collagen matrix comprises insoluble collagen fibers and soluble collagen in the above weight ratio (ie 4: 1 to 1: 1), preferably about 75:25 to about 60:40, more preferably about 75:25. At about 65:35, and in certain embodiments at about 70:30. Furthermore, as described above, the granular inorganic material generally has an average particle size of 0.4 mm to 3.0 mm, more preferably an average particle size of 0.4 mm to 2.0 mm.

乾燥多孔性物体は、約0.1g/cc〜約0.3g/ccの密度を有し、さらに望ましくは約0.15g/cc〜約0.25g/ccの密度を有し、そして特定の態様においては約0.18g/cc〜約0.25g/ccの密度を有する。このような乾燥多孔性移植物体はさらに、少なくとも約50%の気孔率を示し、さらに望ましくは少なくとも約70%から最大で約90%の気孔率を示し、そして特定の実施態様においては約80%〜約90%の範囲の気孔率を示す。   The dry porous body has a density of about 0.1 g / cc to about 0.3 g / cc, more preferably a density of about 0.15 g / cc to about 0.25 g / cc, and certain In embodiments, it has a density of about 0.18 g / cc to about 0.25 g / cc. Such dry porous implants further exhibit a porosity of at least about 50%, more desirably a porosity of at least about 70% up to about 90%, and in certain embodiments about 80%. It exhibits a porosity in the range of ~ 90%.

本発明の乾燥多孔性移植物体は、円筒体、立方体、または他の形状を含めた任意の適切な形状にて提供することができる。特定の態様においては、乾燥多孔性移植物体は、種々の量の湿潤液体(例えば、乾燥移植材料からパテを製造する際に使用される)を受け入れるためのリザーバーを画定することができる。   The dry porous implants of the present invention can be provided in any suitable shape, including cylinders, cubes, or other shapes. In certain embodiments, the dry porous implant can define a reservoir for receiving various amounts of wetting liquid (eg, used in making putty from the dry implant material).

乾燥多孔性物体は、例えば、乾燥成分を含有する液体媒体をキャストすること、次いで任意の適切な手段(例えば、空気乾燥や凍結乾燥)によって前記液体媒体を乾燥することを含む、任意の適切な方法を使用して製造することができる。   The dry porous body may be any suitable including, for example, casting a liquid medium containing a dry component and then drying the liquid medium by any suitable means (eg, air drying or freeze drying). Can be manufactured using the method.

図1を参照すると、本発明の乾燥多孔性移植物体11が示されている。物体11は、リザーバー13を画定する注型材料12を有する。リザーバー13は、底部表面14と側壁15を有していて、パテの形成時に物体11を湿潤させるのに使用される液体を収容することができる(液体をリザーバー13に簡便に仕込むことができ、時間の経過に従って液体を物体11中に吸収させることができるようになっている)。物体11は、リザーバー13を取り囲んでいる上表面16、側壁17、および底部表面18を有する。   Referring to FIG. 1, a dry porous implant 11 of the present invention is shown. The object 11 has a casting material 12 that defines a reservoir 13. The reservoir 13 has a bottom surface 14 and a side wall 15 and can contain a liquid used to wet the object 11 when the putty is formed (the liquid can be easily charged into the reservoir 13, The liquid can be absorbed into the object 11 as time passes). The object 11 has a top surface 16 that surrounds the reservoir 13, a side wall 17, and a bottom surface 18.

図2を参照すると、本発明の1つの実施態様による他の乾燥多孔性移植物体21が示されている。移植物体21は、形状が円筒形であって、円形断面を有する。したがって移植物体21は、ほぼ同等またはそれ以上の断面寸法を有する円筒形のシリンジバレル内にて簡便に形づくることができる。移植物体21は、第1の端部22、第2の端部23、および滑らかで丸い外表面を含む。   Referring to FIG. 2, another dry porous implant 21 is shown according to one embodiment of the present invention. The implant 21 is cylindrical in shape and has a circular cross section. Thus, the implant 21 can be conveniently formed in a cylindrical syringe barrel having a cross-sectional dimension that is approximately the same or greater. The implant 21 includes a first end 22, a second end 23, and a smooth, round outer surface.

使用する際には、乾燥多孔性物体(例えば11,12)と充分な量の液体物質(例えば水性媒体)とを混合して、本明細書に記載のパテ形態材料を製造することができる。物体(11,12)は崩壊可能な特性を示し、したがって物理的操作(例えば、手による圧潰や混練)によって崩壊させて、液体と混合したときにパテを形成させることができる。このように、乾燥材料中のコラーゲン物質間の化学的な共有架橋結合(起こりうる場合)は、一般には極めて少ない。物体(11,21)に完全性をもたらす他の方法[例えば、デヒドロサーマル架橋(dehydrothermal cross linking)、あるいはイオン結合もしくは水素結合によって付与される架橋または密着力]も使用することができる。したがって理解しておかねばならないことは、乾燥多孔性物体(11,21)中には架橋結合が存在してよいが、本明細書に記載のパテを形成させるのは、該物体を崩壊可能のままにさせておくこのような特性である、という点である。   In use, a dry porous object (eg, 11, 12) and a sufficient amount of liquid material (eg, an aqueous medium) can be mixed to produce the putty form material described herein. The object (11, 12) exhibits disintegratable properties and can therefore be collapsed by physical manipulation (eg, manual crushing or kneading) to form a putty when mixed with a liquid. Thus, there is generally very little chemical covalent cross-linking (if possible) between collagen substances in the dry material. Other methods that provide integrity to the object (11, 21), such as dehydrothermal cross linking, or cross-linking or adhesion imparted by ionic or hydrogen bonding, can also be used. Therefore, it should be understood that although cross-linking may be present in the dry porous body (11, 21), forming the putty described herein is capable of collapsing the body. This is a characteristic that is left as it is.

一般には、本発明の乾燥多孔性移植物体と液体キャリヤーとを混合し、得られた塊体に対して物理的な混練もしくは他のミキシングを施すと、乾燥多孔性物体の体積が減少する[例えば、パテの体積は、最初の移植物体の体積の約30%〜約70%(より一般的には約40%〜約60%)となる]。これは、比較的低い多孔性もしくは非多孔性のパテ移植組成物を形成するよう、乾燥移植物体の最初の多孔性が壊れたことによるものである。液体キャリヤーは一般に、例えば、滅菌水、生理的食塩水、血液、骨髄、骨髄フラクションや他の骨髄溶液(補助溶媒を含む場合と含まない場合)、エマルジョン、または懸濁液を含めた、本発明のパテが得られるように充分な湿潤特性をもたらす水性物質である。   In general, mixing a dry porous implant of the present invention with a liquid carrier and subjecting the resulting mass to physical kneading or other mixing reduces the volume of the dry porous object [eg, , The putty volume will be about 30% to about 70% (more typically about 40% to about 60%) of the volume of the initial implant]. This is due to a break in the initial porosity of the dry implant to form a relatively low porosity or non-porous putty implant composition. Liquid carriers generally include, for example, sterile water, saline, blood, bone marrow, bone marrow fractions and other bone marrow solutions (with and without co-solvents), emulsions, or suspensions. It is an aqueous material that provides sufficient wetting properties so that a putty of 5% is obtained.

使用する際には、本発明のパテ移植組成物は、例えば、疾患、欠損、もしくは外傷の所在を処置するために、および/または、人工関節の固定を促進するために、骨成長が必要とされる部位に移植される。本発明の組成物は、パテ形態であることから、新たな骨成長が必要とされる空隙、欠損、または他のエリア内での位置決め、造形、および/または成形が可能である。特に有利な実施態様においては、本発明のパテ材料の形状保持特性は、骨質の移植部位において、身体の隣接軟組織が突き当たったときに相当程度の圧縮に耐えるよう、充分な三次元完全性をもたらすのが望ましい。   In use, the putty transplant composition of the present invention requires bone growth, for example, to treat the location of a disease, defect, or trauma and / or to promote fixation of an artificial joint. Transplanted to the site. Because the composition of the present invention is in a putty form, it can be positioned, shaped, and / or shaped in voids, defects, or other areas where new bone growth is required. In a particularly advantageous embodiment, the shape-retaining properties of the putty material of the present invention provide sufficient three-dimensional integrity to withstand a considerable degree of compression when abutting the adjacent soft tissue of the body at the bone quality implantation site. Is desirable.

本発明の医用パテ組成物を使用して処置することができる骨修復部位としては、例えば、負傷に起因する部位、外科手術の過程においてもたらされる欠損、感染症、悪性腫瘍、または発生奇形などがある。本発明のパテ組成物は、単純および複雑な骨折と癒着不能;外固定術と内固定術;関節固定等の関節再建術;一般的な関節形成術;臀部のカップ関節形成術;大腿骨頭置換術と上腕骨頭置換術;大腿骨頭表面置換術と全関節置換術;脊椎固定と内固定を含めた脊椎の修復;腫瘍の手術(例えば、欠損の充填);円板除去術;椎弓切除術;脊椎腫瘍の切除;前頚部手術と胸部手術;脊椎損傷の修復;脊柱側弯症、脊柱前弯症、および脊柱後弯症の処置;骨折の顎間固定術;顎部形成手術;顎関節置換術;歯槽堤の増強と復元;インレー・オステオ移植(inlay osteoimplants);移植の配置と修正;サイナス・リフト(sinus lifts);およびコスメティック・エンハンスメント(cosmetic enhancement);などを含めた(これらに限定されない)多種多様な整形外科的処置、歯周外科的処置、脳外科的処置、口腔外科的処置、および顎顔面外科的処置において使用することができる。アイソレート(isolate)もしくはアイソレートを含む移植片で修復または置換することができる特定の骨としては、例えば、篩骨、前頭骨、鼻骨、後頭骨、頭頂骨、側頭骨、下顎骨、上顎骨、頬骨、頚椎骨、胸椎骨、腰椎骨、仙骨、肋骨、胸骨、鎖骨、肩甲骨、上腕骨、撓骨、尺骨、手根骨、指の骨、腸骨、坐骨、恥骨、大腿骨、脛骨、腓骨、膝蓋骨、踵骨、足根骨、および中足骨などがあるが、これらに限定されない。   Bone repair sites that can be treated using the medical putty composition of the present invention include, for example, sites resulting from injuries, defects resulting from surgical procedures, infections, malignant tumors, or developmental malformations. is there. The putty composition of the present invention comprises simple and complex fractures and non-adhesion; external fixation and internal fixation; joint reconstruction such as joint fixation; general arthroplasty; hip joint arthroplasty; femoral head replacement Surgery and humeral head replacement; femoral head surface replacement and total joint replacement; spine repair, including spinal fixation and internal fixation; tumor surgery (eg, filling of defects); discectomy; laminectomy Excision of spinal tumors; anterior cervical and thoracic surgery; spinal injury repair; treatment of scoliosis, kyphosis, and kyphosis; fracture intermaxillary fusion; jaw plastic surgery; temporomandibular joint replacement; Alveolar ridge augmentation and restoration; inlay osteoimplants; transplant placement and modification; sinus lifts; and cosmetic enhancement ment); including such (but not limited to) a wide variety of orthopedic procedures, periodontal surgery, neurosurgical procedures, oral surgery, and can be used in maxillofacial surgery. Specific bones that can be repaired or replaced with an isolate or an implant containing the isolate include, for example, ethmoid bone, frontal bone, nasal bone, occipital bone, parietal bone, temporal bone, mandible, maxilla , Cheekbones, cervical vertebrae, thoracic vertebrae, lumbar vertebrae, sacrum, ribs, sternum, clavicle, scapula, humerus, radius, ulna, carpal bones, finger bones, iliac bone, sciatic bone, pubic bone, femur, tibia , Ribs, patella, ribs, tarsal bones, and metatarsals.

本発明の骨形成パテ形態移植組成物は、いったん所定の位置に配置されると、霊長類患者[例えば、より小さな哺乳類(例えば、齧歯動物やウサギ)と比較して、骨形成の速度が比較的遅いヒト]でさえ、所望の部分への骨の内なる成長を効果的に誘発・維持することができる。   The osteogenic putty morphology graft composition of the present invention, once placed in place, has a rate of bone formation as compared to primate patients [eg, smaller mammals (eg, rodents and rabbits)]. Even relatively slow humans] can effectively induce and maintain bone ingrowth to the desired part.

本発明の骨形成パテ組成物は、中〜低い程度でのみ血管新生される骨または骨部分に使用されるときに特に有利である。これらのエリアは、骨形成速度がかなり低く、したがってキャリヤーの吸収が速やかであるために困難が増大する。中程度もしくはほんのわずかな程度に血管新生される部位の例としては、例えば、脊椎の横突起もしくは他の後部エレメント、長骨の骨幹(特に、脛骨の中間骨幹)、および頭蓋欠損などがある。本発明のペースト組成物の特に好ましい用途は、ヒトもしくは他の哺乳類における脊椎固定術[例えば、体間後部および/または体間側方固定術を含めて]での脊椎間の関節固定を促進するための移植片としての用途である。例えば、下記の実施例3において説明されているように、組み換えヒトBMP−2を含有する骨形成パテ組成物は、後側方固定処置において適切に使用され、極めて有利であるとされている自家移植骨(長年にわたって、このような固定における“標準”と考えられている)と比較して、極めて有益な関節固定(X線写真法と生体力学的方法とによって検査)が達成された。   The osteogenic putty composition of the present invention is particularly advantageous when used on bone or bone parts that are vascularized only to a moderate to low extent. These areas have a much lower rate of bone formation, thus increasing difficulty due to the rapid absorption of the carrier. Examples of sites that are moderately or only marginally vascularized include, for example, the transverse processes or other posterior elements of the spine, long bone shafts (especially the intermediate shafts of the tibia), and cranial defects. A particularly preferred use of the paste composition of the present invention is to promote intervertebral joint fixation in spinal fusion [eg, including interbody posterior and / or interbody lateral fixation] in humans or other mammals. For use as a graft. For example, as described in Example 3 below, an osteogenic putty composition containing recombinant human BMP-2 has been successfully used in posterior lateral fixation procedures and is considered to be highly advantageous. Compared to transplanted bone (which has been considered a “standard” in such fixation for many years), extremely beneficial joint fixation (examined by radiography and biomechanical methods) has been achieved.

さらに、本発明の他の態様によれば、本発明のパテ組成物は、例えば少なくとも約10000Nの圧縮強度を有する耐力脊椎移植器具[例えば、固定ケージ、ダボ(dowel)、または骨形成組成物を収容するためのポケット、チャンバー、もしくは他のキャビティーを有する他の器具]中に、前記移植器具上に、あるいは前記移植器具を取り囲む形で組み込むことができ、体間固定等の脊椎固定術において使用することができる。このような用途の1つの例が後述の実施例2に説明されており、該実施例によれば、極めて順調な体間固定を達成するために、本発明の骨形成パテが、耐力体間脊椎スペーサーと組み合わせて使用された(このときも、自家移植骨の場合と比べて遜色がなかった)。   Further, according to another aspect of the present invention, the putty composition of the present invention is a force-bearing spinal transplant device having a compressive strength of, for example, at least about 10,000 N [eg, a fixed cage, dowel, or osteogenic composition. In other devices having pockets, chambers, or other cavities for receiving], onto or around the implant device, in spinal fusion procedures such as interbody fusion Can be used. One example of such an application is described in Example 2 to be described later. According to this example, in order to achieve extremely smooth interbody fixation, the osteogenic putty of the present invention is used between load-bearing bodies. Used in combination with spinal spacers (again, not inferior to autograft bones).

本発明の医用パテ組成物はさらに、例えば、胚組織源もしくは成体組織源から誘導される、および/または培養により採取される前駆細胞および/または幹細胞を含めた、種々の細胞と組み合わせて使用することができる。例えば、本発明のパテは、処置しようとする患者からの血液、骨髄、もしくは他の組織源から誘導される細胞(自家細胞)を、あるいは同種のドナー源もしくは異種のドナー源から誘導される細胞を組み込むことができる。本発明の特定の実施態様においては、本発明のパテは、例えば2005年6月16日付け公開のMcKayらによる米国特許公開第2005/0130301号、または2004年7月8日付け出願の米国特許出願第10/887,275号(これら特許文献の全開示内容を参照により本明細書に含める)に記載のように作製された強化骨髄フラクションを組み込むことができる。したがってパテ材料は、結合組織増殖成分が強化された骨髄フラクション[すなわち、生物学的サンプルを遠心分離して、サンプルを、結合組織増殖成分を多く含んだフラクションを含めた幾つかのフラクションに分離することによって作製される]を組み込むことができる。結合組織増殖成分を多く含んだフラクションは、分離されたサンプルから単離することができ、例えば、フラクションを、前述した乾燥多孔性物体のための湿潤媒体中に、あるいは前記湿潤媒体として使用することによって、本発明のパテ材料中に組み込むことができる。   The medical putty composition of the present invention is further used in combination with a variety of cells, including, for example, progenitor cells and / or stem cells derived from embryonic or adult tissue sources and / or harvested by culture. be able to. For example, the putty of the present invention may be derived from cells (autologous cells) derived from blood, bone marrow, or other tissue sources from the patient to be treated, or cells derived from allogeneic or xenogeneic donor sources. Can be incorporated. In particular embodiments of the present invention, putty of the present invention is, for example, US Patent Publication No. 2005/0130301 by McKay et al., Published June 16, 2005, or US patent filed July 8, 2004. Enhanced bone marrow fractions made as described in application Ser. No. 10 / 887,275, the entire disclosures of which are incorporated herein by reference, can be incorporated. Thus, the putty material is a bone marrow fraction enriched in connective tissue growth components [ie, centrifuging a biological sample and separating the sample into several fractions, including a fraction rich in connective tissue growth components. Can be incorporated. A fraction rich in connective tissue growth components can be isolated from a separated sample, for example, using the fraction in or as a wetting medium for the previously described dry porous objects. Can be incorporated into the putty material of the present invention.

本発明はさらに、移植組成物を作製するのに使用することができる医療用キットを提供する。このようなキットは、本発明による乾燥多孔性物体を、パテが形成されるよう、多孔性物体と混合するための水性媒体、および/または、耐力移植片(例えば脊椎スペーサー)等の他の物品、および/または、BMP等の骨形成物質と共に含んでよい。1つの特定の形態においては、このような医療用キットは、乾燥多孔性物体、凍結乾燥形態のBMP(例えばrhBMP−2)、および水性製剤を得るべくBMPを再構成するための水性媒体を含み、この水性媒体と乾燥多孔性物体とを混合して本発明の骨形成パテを作製することができる。   The present invention further provides a medical kit that can be used to make an implant composition. Such kits can be used to mix dry porous objects according to the present invention with aqueous media and / or other articles such as load-bearing implants (eg spinal spacers) to form a putty. And / or with bone-forming substances such as BMP. In one particular form, such a medical kit includes a dried porous object, a lyophilized form of BMP (eg, rhBMP-2), and an aqueous medium for reconstitution of the BMP to obtain an aqueous formulation. The bone formation putty of the present invention can be prepared by mixing the aqueous medium and the dry porous object.

以下に特定の実施例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。言うまでもないことであるが、これらの実施例は例証のためのものであって、これらの実施例によって本発明が限定されることはない。   In the following, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. Needless to say, these examples are for illustrative purposes only and do not limit the invention.

(実施例1)
rhBMP−2を含む本発明のパテの作製
体積が18ccで重量が約3.8gの乾燥多孔性円筒状物体に、rhBMP−2の緩衝水溶液[1.5mg/ml溶液、テネシー州メンフィスのMedtronic Sofamor Danekからインフューズ(INFUSE)(登録商標)ボーングラフトとして市販]9mlを加えた。乾燥多孔性物体は、不溶性コラーゲン繊維、酸可溶性コラーゲン、およびセラミックグラニュールを含む水性懸濁液を注型し、次いで凍結乾燥することによって作製した。乾燥多孔性物体は約85%の気孔率を示し、下記の成分で構成された。
Example 1
A dry porous cylindrical body weighing 18 cc and weighing about 3.8 g of a putty of the present invention containing rhBMP-2 was added to a buffered aqueous solution of rhBMP-2 [1.5 mg / ml solution, Medtronic Sofarm, Memphis, TN. 9 ml of Danfuk commercially available as INFUSE® bone graft]. The dried porous body was made by casting an aqueous suspension containing insoluble collagen fibers, acid soluble collagen, and ceramic granules, followed by lyophilization. The dry porous body exhibited a porosity of about 85% and was composed of the following components.

Figure 2009525158
Figure 2009525158

吸収させた後、移植材料と加えたrhBMP−2溶液とを混練することによって充分に混合して、約10ccの移植可能なパテ材料(約70重量%の水を含み、約0.3g/ccの二相リン酸カルシウムセラミックグラニュール、0.05g/ccの不溶性コラーゲン繊維、0.02g/ccの酸可溶性コラーゲン、および1.5mg/ccのrhBMP−2を含有する)を作製した。得られた骨形成パテは、取り扱いおよび使用する上で優れた特性を示した。パテは、力を加えなければその形状を保持し、グラニュールを取り込んだ状態にて展延性で凝集性の繊維状塊体を形成し、延伸しても破断することなく伸張した。   After absorption, the implant material and the added rhBMP-2 solution are mixed thoroughly by kneading to provide approximately 10 cc of implantable putty material (containing approximately 70% water by weight, approximately 0.3 g / cc Biphasic calcium phosphate ceramic granules, 0.05 g / cc insoluble collagen fiber, 0.02 g / cc acid soluble collagen, and 1.5 mg / cc rhBMP-2). The resulting osteogenic putty exhibited excellent properties in handling and use. If no force was applied, the putty retained its shape, formed a malleable and cohesive fibrous mass with the granules taken in, and stretched without breaking even when stretched.

(実施例2)
体間脊椎固定術における本発明のパテの使用
手術後6ヶ月での体間固定を果たすために、ヒツジの体間固定モデルを使用して、自家移植片を詰め込んだ5mm×11mm×11mmのポリエーテルエーテルケトン脊椎スペーサー[ヴェルテ−スタック(VERTE−STACK)(登録商標)コーナーストーン(CORNERSTONE)(登録商標)PSR PEEKインプラント、テネシー州メンフィスのMedtronic Sofamor Danek]と、実施例1の本発明のパテを詰め込んだPEEKスペーサー(IP+rhBMP−2)とを比較した。ブラインデッドX線写真による(blinded radiographic)方法、生体力学的方法、および組織学的方法を使用して、ヒツジの腰椎の固定モデルにおける体間固定を引き起こすためのこれら処置の有効性を評価した。固定の評価は、ファキシトロン(Faxitron)高分解能ラジオグラフィー、非破壊生体力学的試験、および対応するマイクロラジオグラフィーによる非脱灰組織学(undecalcified histology)を使用して行った。分析は全て、ブラインデッド法(a blinded fashion)にて行った。さらに、非脱灰組織学を使用して、本発明のパテの骨適合性を評価した。評価した処置群のほかに、同じ方法を使用して正常な脊椎も評価した。全てのデータ取得が完了したとき、キーをブレイクし(key was broken)、処置群によってラジオグラフィーデータ、生体力学的データ、および組織学的データを解析した。
(Example 2)
Use of Putty of the Invention in Interbody Spinal Fixation To achieve interbody fixation 6 months after surgery , using a sheep interbody fusion model, a 5 mm x 11 mm x 11 mm poly stuffed with autograft Ether ether ketone spine spacer [VERTE-STACK® CORNERSTONE® PSR PEEK implant, Medtronic Sofam Danek, Memphis, TN] and the inventive putty of Example 1 The packed PEEK spacer (IP + rhBMP-2) was compared. Blinded radiographic, biomechanical, and histological methods were used to evaluate the effectiveness of these procedures to cause interbody fixation in a sheep lumbar fixation model. Fixation assessment was performed using Faxitron high resolution radiography, non-destructive biomechanical testing, and corresponding undecalcified histology by microradiography. All analyzes were performed by a blinded fashion. In addition, non-decalcified histology was used to assess the bone compatibility of the putty of the present invention. In addition to the treatment groups evaluated, normal spines were also evaluated using the same method. When all data acquisition was complete, the key was broken and the radiographic, biomechanical, and histological data were analyzed by treatment group.

動物モデル
ヒツジの腰椎とヒトの腰椎の間の生体力学的類似性から、ヒツジの腰椎モデルを使用した。Wilkeらは、ヒツジの脊椎の生体力学的パラメーター[動きの範囲、ニュートラル・ゾーン(neutral zone)、およびレベル・スティフネス(level stiffness)]を特性決定し、WhiteとPanjabiによってこれまでに報告されているヒト試験片からのデータ(「Wilke et al.,Spine:22(20):2365−2374,1997」;および「White AA and Panjabi MM,editors,Clinical Biomechanics of the Spine,第2版,J.B.Lippincott,ペンシルベニア州フィラデルフィア,1990」を参照)と比較した。Wilkeらは、“異なった荷重方向に対するヒツジ脊椎の動きの範囲は、それらの頭尾動向という点において、文献に報告されているヒト試験片の動きの範囲と定性的には類似している”ということを見出した。彼らはさらに、“この研究において示されたヒツジ脊椎とヒト脊椎との生体力学的類似性に基づいて、ヒツジの脊椎は、脊椎移植片を評価する上での代替物としての機能を果たすことができると思われる”と結論付けた。
Because of the biomechanical similarity between the lumbar spine of the animal model sheep and the human lumbar spine, the ovine lumbar spine model was used. Wilke et al. Characterized the biomechanical parameters of sheep spine [range of motion, neutral zone, and level stiffness] and have been previously reported by White and Panjabi. Data from human specimens (“Wilke et al., Spine : 22 (20): 2365-2374, 1997”; and “White AA and Panjabi MM, editors, Clinical Biomechanics of the Spine, 2nd edition, J.B. Lippincott, Philadelphia, PA, 1990 "). Wilke et al. “The range of movement of the sheep spine for different loading directions is qualitatively similar to the range of movement of human specimens reported in the literature in terms of their head-to-tail movement.” I found out. They further stated, “Based on the biomechanical similarity between the sheep and human vertebrae demonstrated in this study, the sheep vertebrae may serve as an alternative for evaluating spinal grafts. I think we can do it. ”

外科技術
施設に着いたらすぐに、12匹のヒツジを、大形動物研究用納屋の適切な放牧地に収容した。ヒツジから虫を駆除し、識別のために耳標を付けた。健康診断を行い、呼吸器系疾患の兆候を有する動物については、それらの静脈血を完全血球算定(CBC)に供した。
Upon arrival at the surgical facility, twelve sheep were housed in an appropriate pasture of a large animal research barn. The insects were removed from the sheep and earmarks were attached for identification. Medical examinations were performed and for animals with signs of respiratory disease, their venous blood was subjected to a complete blood count (CBC).

ヒツジに麻酔をかけた。背部腰椎エリアから羊毛を取り除き、ヒツジを手術台上に腹這いの姿勢で配置した。
腸骨稜自家移植片取り入れ: 自家移植片を対照標準として使用した。下記のプロトコルに従った。背部と背側部の腰椎エリアと腸骨稜エリアを、ポビドンヨードとイソプロピルアルコールで交互に複数回こすって、無菌手術ができるように準備した。上記エリアを布で覆い、左腸骨稜の上にて3cm切開した。臀筋のパーシャル・レフレクション(partial reflection)を行った後に、骨切りのみを使用して、腸骨稜の頭蓋背部面に小さな窓を作った。キューレットを使用して約2ccの自家網状骨を取り出し、次いで、腰椎固定に使用される移植片の1つ(例えばPEEKスペーサー)に詰め込んだ(これは対照標準の場合である)。intralesional硫酸モルフィネを投与してから、腸骨稜の切断を終結した。皮下組織のための2/0ポリソーブ(polysorb)と、皮膚のためのステンレス鋼ステープルを使用して、通常の仕方で腸骨稜部位を閉じた。
Sheep were anesthetized. The wool was removed from the dorsal lumbar area and the sheep was placed in a prone position on the operating table.
Iliac crest autograft uptake : Autografts were used as controls. The following protocol was followed. The back and dorsal lumbar area and iliac crest area were rubbed alternately with povidone iodine and isopropyl alcohol multiple times to prepare for aseptic surgery. The area was covered with a cloth and a 3 cm incision was made on the left iliac crest. After partial reflection of the gluteal muscle, a small window was made on the dorsal surface of the iliac crest using only osteotomy. Approximately 2 cc of autologous bone was removed using a curette and then packed into one of the grafts used for lumbar fixation (eg, PEEK spacer) (this is the case for a control). After the administration of morphine sulfate, the iliac crest was terminated. The iliac crest site was closed in the normal manner using 2/0 polysorb for the subcutaneous tissue and stainless steel staples for the skin.

腹部(“腹側”)体間固定: 背部と背側部の腰椎エリアを、ポビドンヨードとイソプロピルアルコールで交互に複数回こすって、無菌手術ができるように準備した。上記エリアを布で覆い、平らな腹部に対する腹斜筋を通って横突起まで、L3/L4とL5/L6に向けて腹側両面の腹膜後アプローチを行った。 Abdominal ("ventral") interbody fixation : The back and dorsal lumbar areas were rubbed alternately with povidone iodine and isopropyl alcohol multiple times to prepare for aseptic surgery. The area was covered with a cloth, and a retroperitoneal approach was performed on both ventral sides toward L3 / L4 and L5 / L6 from the oblique oblique muscles to the flat abdomen to the transverse process.

移植片の挿入: 腸骨稜からの骨移植片または研究されている骨移植片代替物(rhBMP+パテ)をPEEKスペーサー(約1.5ccの材料)中に配置し、円板状スペース中に移植し、次いで端板を作成した。 Insertion of the graft : Place the bone graft from the iliac crest or the bone graft substitute being studied (rhBMP + putty) in a PEEK spacer (approximately 1.5 cc of material) and transplant into the disc space Then, an end plate was prepared.

創傷縫合: 外腹筋膜(0ポリソーブ(吸収性縫合糸))、皮下組織(2/0ポリソーブ)、および皮膚(2/0モノフィラメント非吸収性縫合糸)について普通の縫合を行った。各動物に対する手術時間は、通常約40分であった。周術期の抗生物質(セファゾリンナトリウム)を投与した。ヒツジがまだ全身麻酔状態である間に、手術後のX線写真を撮った。 Wound sutures : Normal sutures were performed on the external fascia (0 polysorb (absorbable suture)), subcutaneous tissue (2/0 polysorb), and skin (2/0 monofilament non-absorbable suture). The surgical time for each animal was usually about 40 minutes. Perioperative antibiotics (cefazoline sodium) were administered. A post-operative radiograph was taken while the sheep were still in general anesthesia.

アフターケア: 外科手術の直後に、ヒツジを手術台から改良手押し車に移し、まだ全身麻酔状態の間にX線医学室に運び、そこで固定部位の背腹方向と横方向のX線写真を撮った。X線写真による評価の後、また改良手押し車中にある間に、嚥下反射が戻るまでヒツジを観察した。その時点において、ヒツジから抜管し、トレーラーに運び、そこで胸を下面につけた腹ばい状態の姿勢にした。その日の終わりに、その日に手術した全ての動物を研究用放牧地に移動させた。回復するようヒツジを屋外で収容し(3つの方向にシェルターがある)、自由に運動させておいた。術後鎮痛法を前述のように施した。術後3ヶ月にて、ヒツジに麻酔をかけ、X線撮影した。 Aftercare : Immediately after surgery, the sheep are moved from the operating table to a modified wheelbarrow and taken to the X-ray room while still under general anesthesia, where they take X-ray pictures of the dorsal and lateral directions of the fixation site. It was. After evaluation by radiograph and while in the improved wheelbarrow, the sheep were observed until the swallowing reflex returned. At that time, he was extubated from the sheep and carried to the trailer, where he was in a hungry posture with his chest on the underside. At the end of the day, all animals operated on that day were moved to the research pasture. She was housed outdoors (with shelters in three directions) and allowed to move freely to recover. Postoperative analgesia was performed as described above. Three months after the operation, the sheep was anesthetized and radiographed.

安楽死: 術後6ヶ月にて12匹のヒツジを、人道的方法で安楽死させた。安楽死は、「安楽死に関するAVMAパネル」(J.Am.Vet.Med.Assoc.,202:229−249,1993)によって説明されているガイドラインに従って行った。これらのヒツジについて腰椎固定部位のX線写真を撮って、L3−L4における固定の程度を評価した。 Euthanasia : Twelve sheep were euthanized humanely 6 months after surgery. Euthanasia was performed according to the guidelines described by the “AVMA Panel on Euthanasia” (J. Am. Vet. Med. Assoc., 202: 229-249, 1993). X-ray photographs of the lumbar fixation sites were taken on these sheep to evaluate the degree of fixation in L3-L4.

試験片の採集と取り扱い: 安楽死の後、12匹の動物全てに対して徹底的な肉眼的検視を行った。全ての主要な臓器系に対する従来の肉眼的検査と、病理学的障害(存在する場合)の組織病理学的評価を行った。研究の過程で死んだか又は安楽死させた動物は、徹底的な検視を行って、疾患もしくは死亡の原因を調べた。検視により、固定された腰椎が得られた。 Collection and handling of test specimens : After euthanasia, all 12 animals were subjected to a thorough macroscopic examination. Conventional gross examination of all major organ systems and histopathological evaluation of pathological disorders (if any) were performed. Animals that died or were euthanized during the course of the study were thoroughly examined to determine the cause of the disease or death. A fixed lumbar spine was obtained by autopsy.

材料の分析: ヒツジの腰椎エリアからの全てのサンプルを、固定部位についての機械的試験に付した。矢状面と前頭面の曲げモーメント(屈曲、伸張、右横曲げ、および左横曲げ)に対する剛性に関してサンプルを試験した。これらの機械的試験は非破壊的試験であるので、固定部位も組織学的に調べることができた。 Material analysis : All samples from the lumbar area of the sheep were subjected to mechanical testing for fixation sites. Samples were tested for stiffness against sagittal and frontal bending moments (bending, stretching, right lateral bending, and left lateral bending). Since these mechanical tests are non-destructive tests, the fixation site could also be examined histologically.

移植片材料: 12の処理した脊椎レベル(L4−L5)を評価した。実験グループを下記に示す。 Graft material : Twelve treated spine levels (L4-L5) were evaluated. The experimental groups are shown below.

Figure 2009525158
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サバイバルフェーズ(survival phase)の実験が完了した後、評価すべく直ちに脊椎を凍結した。
分析方法
1. 処置した腰椎運動セグメントの生体外の生体力学的試験
フレキシビリティ試験
凍結試験片を解凍した後に、全ての脊椎に対して非破壊的な仕方で、制約なしの生体力学的試験を行った。試験は全て、試験片を解凍してから12時間以内に行った。試験片は1回だけ凍結させた。脊椎と固定塊体構造物だけが(器具類ではなく)試験されるように、生体力学的試験の前に、椎体の前部に施された器具類を取り除いた。運動セグメントのフレキシビリティを、屈曲、伸張、右横曲げ、左横曲げ、右軸回転、および左軸回転に関して調べた。生体力学的試験の目的は、従来から説明されている体間固定処置により増大する、腰椎運動セグメントの剛性を定量化することにある。取り入れた腰椎から処置された(L4−L5)運動セグメントを解剖し、異質の軟組織を取り除き、これにより靭帯組織と骨組織を無損傷状態のままに残した。特別に設計された荷重枠と支持枠を、それぞれL4椎骨とL5椎骨に固定した。
After the survival phase experiment was completed, the spine was frozen immediately for evaluation.
Analysis method 1. In vitro biomechanical testing of treated lumbar motion segments Flexibility testing After thawing frozen specimens, unconstrained biomechanical testing was performed in a non-destructive manner on all vertebrae. All tests were performed within 12 hours after thawing of the specimens. The specimen was frozen only once. Prior to biomechanical testing, instruments applied to the front of the vertebral body were removed so that only the spine and fixed mass structure were tested (not instruments). The flexibility of the motion segment was investigated with respect to bending, stretching, right lateral bending, left lateral bending, right axis rotation, and left axis rotation. The purpose of the biomechanical test is to quantify the stiffness of the lumbar motion segment, which is increased by the conventionally described interbody fusion procedures. The treated (L4-L5) motion segment from the incorporated lumbar spine was dissected to remove extraneous soft tissue, thereby leaving the ligament tissue and bone tissue intact. Specially designed load and support frames were secured to the L4 and L5 vertebrae, respectively.

それぞれの荷重方向において、0Nm、0.5Nm、2.5Nm、4.5Nm、6.5Nm、および8.5Nmのモーメントが得られた。単なるモーメント(pure moments)を加えるために静荷重を使用した。それぞれの椎骨に、赤外線を反射する3つのマーカーを付けた。赤外線反射マーカーの位置は、3つのVICONカメラ(英国オックスフォードのViconPeak)を使用して記録した。屈曲、伸張、左横曲げ、右横曲げ、左軸回転、および右軸回転において加えられる単なるモーメントを使用して、三次元荷重−変位データを取得した。3−D荷重−変位挙動を調べるための3−D運動解析システムについての基本的な原理は、文献にてよく知られている。   In each loading direction, moments of 0 Nm, 0.5 Nm, 2.5 Nm, 4.5 Nm, 6.5 Nm, and 8.5 Nm were obtained. Static loads were used to apply pure moments. Three markers that reflect infrared rays were attached to each vertebra. The position of the infrared reflective marker was recorded using three VICON cameras (ViconPeak, Oxford, UK). Three-dimensional load-displacement data was acquired using simple moments applied in bending, stretching, left lateral bending, right lateral bending, left axis rotation, and right axis rotation. The basic principle of a 3-D motion analysis system for examining 3-D load-displacement behavior is well known in the literature.

これまでに得られている、正常な(未処置の)無損傷グループのヒツジ腰椎運動セグメントからの生体力学データを、ヒツジのL4−L5に関する正常な腰椎運動に対する基本データとして使用した。損傷グループと正常グループとの間の剛性(フレキシビリティ)の差異を統計的に比較した。パラメーターによらないKruskal−Wallis試験とMann−Whitney試験を使用して生体力学データを解析した。   Previously obtained biomechanical data from the normal (untreated) intact group of sheep lumbar motion segments was used as the basic data for normal lumbar motion for sheep L4-L5. The differences in stiffness between the injury group and the normal group were statistically compared. Biomechanical data were analyzed using the Kruskal-Wallis test and the Mann-Whitney test regardless of parameters.

2. X線写真による評価:
手術の直後において(腹背と側面の写真)、一定の術後間隔にて(腹背と側面の写真)、そして犠牲の時点において(腹背と側面の写真)X線写真を撮った。高解像度ラジオグラフィー装置(ファキシトロン、オレゴン州マクミンビルのヒューレット・パッカード社)と高解像度フィルム(EKTASCAN B/RAフィルム4153、ニューヨーク州ロチェスターのコダック社)を使用して、生体力学的試験の後の取り入れた腰椎の、高解像度の腹背X線写真と側面X線写真を得た。ウインドウズXPワークステーションに基づいて動作する画像解析ソフトウェア(Image Pro Plus Software バージョン5.0、メリーランド州シルバースプリングのメディア・サイバネティクス社)を使用して、X線写真をスキャンした。ビデオカメラ(モデルDFC280、英国ケンブリッジのライカ・マイクロシステムズ社)を使用して、X線写真のデジタル画像を得た。さらに、これらのX線写真を使用して、後述するような組織学的分析のためにサンプルをグロス(gross)した。
2. X-ray evaluation:
Radiographs were taken immediately after surgery (abdominal dorsal and lateral photographs), at regular postoperative intervals (abdominal dorsal and lateral photographs), and at the time of sacrifice (abdominal dorsal and lateral photographs). High-resolution radiography equipment (Faxtron, Hewlett-Packard Company, McMinnville, Oregon) and high-resolution film (EKTASCAN B / RA film 4153, Kodak Company, Rochester, NY) were used after biomechanical testing. High resolution abdominal dorsal and lateral radiographs of the lumbar spine were obtained. Radiographs were scanned using image analysis software (Image Pro Plus Software version 5.0, Media Cybernetics, Silver Spring, Md.) Operating on a Windows XP workstation. X-ray digital images were obtained using a video camera (model DFC280, Leica Microsystems, Cambridge, UK). In addition, these radiographs were used to gloss samples for histological analysis as described below.

3人のblinded評価者が、体間固定に関して得られたファキシトロンX線写真を評価した。側面X線写真については、ディスクスペースの中心部だけでなく前縁と後縁を、下記の採点法に基づいて固定に関して評価した:4=連続的な骨橋形成、3=骨密度の増大、2=半透明で幾らかの骨橋形成、および1=固定されず。最後に、腹背X線写真と側面X線写真に基づいて、blinded評価者は、下記の基準を使用して脊椎に対する全体的な固定スコアを等級付けした:
3=体間スペースにX線透過性がない連続的な体間固定
2=体間スペースがX線透過性を有する確度の高い固定
1=ディスクスペースのX線透過性がかなり高く、上位から下位への骨橋形成の証拠がない
3. 非脱灰組織学とマイクロラジオグラフィー
プロセシングと染色非脱灰セクション
処置グループの全てに対し、非脱灰法を使用して二分脊椎レベルを分析した(マイクロX線写真と複数の染色)。分染法を定性的な光学顕微鏡法と共に使用して、PEEKスペーサー内に詰め込んだ自家移植片もしくは骨移植片代替物に関連した骨橋形成と固定の程度を評価した。分染法を使用して、PEEKスペーサーに隣接した固定またはPEEKスペーサー内の固定の程度、PEEKスペーサーと骨移植片代替材料(存在する場合)に対する宿主の応答、PEEKスペーサーの界面、骨移植片と代替物の組み込み、および固定塊体中での骨再形成を評価した。
Three blinded assessors evaluated the Faxtron radiographs obtained for interbody fixation. For lateral radiographs, not only the center of the disk space but also the leading and trailing edges were evaluated for fixation based on the following scoring method: 4 = continuous bone bridge formation, 3 = increased bone density, 2 = translucent and some bone bridge formation, and 1 = not fixed. Finally, based on the ventral dorsal and lateral radiographs, the blinded assessor graded the overall fixation score for the spine using the following criteria:
3 = Continuous interbody fixation with no X-ray transmission in the interbody space 2 = Highly accurate fixation with interbody space having X-ray transmission 1 = X-ray transmission of disk space is quite high, from top to bottom 2. There is no evidence of bone bridge formation. Non-decalcification histology and microradiography Processing and staining Non-decalcification section All treatment groups were analyzed for spina bifida levels using the non-decalcification method (microradiography and multiple staining). The staining method was used in conjunction with qualitative light microscopy to evaluate the extent of bone bridge formation and fixation associated with autografts or bone graft substitutes packed in PEEK spacers. Using a dyeing method, the degree of fixation adjacent to or within the PEEK spacer, the host response to the PEEK spacer and bone graft substitute material (if any), the interface of the PEEK spacer, the bone graft and Replacement incorporation and bone remodeling in the fixed mass were evaluated.

ファキシトロンX線写真法の後、移植片を含有する全ての脊椎レベルを下記のやり方でグロスした(were grossed)。帯鋸を使用して、柄の前面にて脊柱の全長に沿って、前部組織を無傷のままにしておいて前頭面の切れ目を作成した。ディスクスペースに対して後部の組織は廃棄した。次いで、脊椎レベルの前柱をmid−sagittallyに二分して、右半分と左半分を得た。全体としてのディスクスペースは無損傷のままにした。処置したレベルに隣接したL4前柱の下位半分(inferior half)を保持した。処置したレベルに隣接したL5前柱の上位半分(superior half)を保持した。レベルからの右矢状サンプルと左矢状サンプルにラベルを付け、ホルマリン中に固定し、そして処理した(アルコール中にて連続的に水分を取り除き、キシレン代替品中にて透明にし、そしてgraded catalyzedメチルメタクリレート中に埋め込んだ)。   After Faxtron radiography, all vertebral levels containing the graft were grossed in the following manner. A band saw was used to create a frontal cut along the entire length of the spinal column at the front of the handle, leaving the anterior tissue intact. The tissue behind the disc space was discarded. The spinal level anterior column was then bisected into mid-sagly to obtain the right and left halves. The overall disk space was left intact. The lower half of the L4 front post adjacent to the treated level was retained. The upper half of the L5 front post adjacent to the treated level was retained. Labeled right sagittal and left sagittal samples from level, fixed in formalin and treated (continuously dehydrated in alcohol, clarified in xylene substitute, and graded catalyzed Embedded in methyl methacrylate).

重合が完了してサンプルが硬化した後に、セクショニングと染色を行った。脊椎レベルの処置面の右半分と左半分を含有するブロックを、低速のダイヤモンドソー(イリノイ州レークブラフのBuehler Isomet)によって矢状面にて切開した。埋め込まれた全ての組織ブロックに対し、矢状セクショニングは、脊椎レベルの処置面の中央から始めて処置エリアの外側面まで行った。したがって、“右ブロック”からのセクション#1は、固定塊体の中央部にてサンプル採取したが、“右ブロック”からのセクション#6は、処置エリアの遠く離れた外側面にてサンプル採取した。300μmのオーダーのセクションを得るのにweightsを使用した。約5〜10のセクションを、体間スペースの各半分を通して、矢状面において作製した。必要に応じて、所望の厚さを得るために粉砕を行った。セクションの厚さは、メートル法のマイクロメーター(Fowler,Japan)を使用して測定した。三重染色を使用する分別染色を使用することで、組織学的な差別化が可能となった。   After polymerization was completed and the sample was cured, sectioning and dyeing were performed. The block containing the right and left halves of the spinal level treatment surface was dissected in the sagittal plane with a low speed diamond saw (Buehler Isomet, Lake Bluff, Illinois). For all implanted tissue blocks, sagittal sectioning was performed from the center of the spinal level treatment surface to the outer surface of the treatment area. Thus, section # 1 from the “right block” was sampled at the center of the fixed mass, while section # 6 from the “right block” was sampled at the far outer surface of the treatment area. . Weights were used to obtain sections on the order of 300 μm. Approximately 5-10 sections were made in the sagittal plane through each half of the interbody space. If necessary, grinding was performed to obtain the desired thickness. Section thickness was measured using a metric micrometer (Fowler, Japan). The use of fractional staining using triple staining enabled histological differentiation.

ウインドウズXPワークステーションで動作する画像解析ソフトウェア(Image Pro Plus Software バージョン5.0、メリーランド州シルバースプリングのメディア・サイバネティクス社)を使用して、染色非脱灰セクションをスキャンした。ビデオカメラ(モデルDFC280、英国ケンブリッジのライカ・マイクロシステムズ社)を使用して、染色非脱灰セクションのデジタル画像を得た。   Stained non-decalcified sections were scanned using image analysis software (Image Pro Plus Software version 5.0, Media Cybernetics, Silver Spring, Md.) Running on a Windows XP workstation. A digital image of the stained non-decalcified section was obtained using a video camera (model DFC280, Leica Microsystems, Cambridge, UK).

セクション固定基準: 非脱灰セクションを、ディスクスペースの中央もしくは器具のthrugrowth区域、前縁、および後縁における固定に関して評価した。各セクションに対するこれらの解剖学的位置は、上位から下位への連続的な骨橋形成が認められた場合に限り固定されたものと見なされた。 Section fixation criteria : Non-decalcified sections were evaluated for fixation at the center of the disk space or through the through-throw area, leading edge, and trailing edge of the instrument. These anatomical locations for each section were considered fixed only if continuous bone bridge formation from upper to lower was observed.

レベル固定基準: 評価した全てのセクションに基づき、下記の基準を使用して、レベル中に組織学的固定が存在するかどうかを調べた。セクションの50%以上[対応するマイクロX線写真も同時に分析したが、固定に関して“2回のカウント”はしなかった(not “counted twice”)]が連続的な骨橋形成を示した場合には、脊椎レベルが固定されたと見なした。セクションの50%未満(対応するマイクロX線写真)が連続的な骨橋形成を示した場合には、部分的な固定が存在したと見なした。セクションと対応するマイクロX線写真のいずれも連続的な骨橋形成を示さなかった場合には、固定は存在しなかったと見なした。 Level fixation criteria : Based on all sections evaluated, the following criteria were used to determine whether there was histological fixation in the level. More than 50% of sections [corresponding microradiograms were also analyzed at the same time but did not “count twice” for fixation (not “counted twice”) but showed continuous bone bridge formation Considered the spine level fixed. Partial fixation was considered to be present if less than 50% of the section (corresponding microradiogram) showed continuous bone bridge formation. If none of the sections and the corresponding microradiograms showed continuous bone bridge formation, no fixation was considered present.

マイクロラジオグラフィー
処置した腰椎レベルからの非脱灰セクションに対し、マイクロラジオグラフィー装置(ファキシトロン、オレゴン州マクミンビルのヒューレット・パッカード社)と分光フィルム(B/RA4153フィルム4153、ニューヨーク州ロチェスターのコダック社)を使用してX線写真を撮った。曝露時間を決定するために、これらのセクションの厚さを、メートル法のマイクロメーター(Fowler,Japan)を使用して測定した。超微細マジックインキでセクションに標識を付け、セクションをEktascan B/RA4153フィルム上に配置し、それぞれ100μmのセクション厚さに対して、20kVおよび3mAにて約45秒にわたってX線源に曝露した。次いでフィルムを現像し、固定し、そして標準的な光学顕微鏡法を使用して、骨化作用に関して分析した。ウインドウズXPワークステーションで動作する画像解析ソフトウェア(Image Pro Plus Software バージョン5.0、メリーランド州シルバースプリングのメディア・サイバネティクス社)を使用して、マイクロX線写真をスキャンした。ビデオカメラ(モデルDFC280、英国ケンブリッジのライカ・マイクロシステムズ社)を使用して、マイクロX線写真のデジタル画像を得た。
For non-decalcified sections from the microradiographically treated lumbar level, a microradiography device (Faxtron, Hewlett-Packard Company, McMinnville, Oregon) and a spectroscopic film (B / RA 4153 film 4153, Kodak Company, Rochester, NY) Used to take X-ray picture. To determine the exposure time, the thickness of these sections was measured using a metric micrometer (Fowler, Japan). The sections were labeled with ultrafine magic ink and the sections were placed on Ektascan B / RA4153 film and exposed to an X-ray source for about 45 seconds at 20 kV and 3 mA for a section thickness of 100 μm, respectively. The film was then developed, fixed, and analyzed for ossification using standard optical microscopy. Micro-radiograms were scanned using image analysis software (Image Pro Plus Software version 5.0, Media Cybernetics, Silver Spring, Md.) Running on a Windows XP workstation. A digital image of the micro radiograph was obtained using a video camera (model DFC280, Leica Microsystems, Cambridge, UK).

セクションとマイクロX線写真を分析して下記のことを行った:
1) PEEKスペーサー、骨移植片、および代替組み込み物に隣接した固定の程度、PEEKスペーサー、骨移植片、および代替組み込み物中の固定の程度、ならびに固定塊体中の骨再形成の程度を評価した;
2) 使用される生体材料に対する宿主の応答を調べた;および
3) PEEKスペーサーの界面を評価した。
Analyzing the sections and microradiograms did the following:
1) Assess the degree of fixation adjacent to the PEEK spacer, bone graft, and replacement implant, the degree of fixation in the PEEK spacer, bone graft, and replacement implant, and the degree of bone remodeling in the fixed mass did;
2) The response of the host to the biomaterial used was investigated; and 3) the PEEK spacer interface was evaluated.

結果
1. X線写真による評価
処置した2つのグループにおいて、良好なX線写真固定スコアが得られ、本発明のパテ+BMP2+PEEKグループは、自家移植片グループより幾らか良好な性能を示した(平均で2.4に対して2.8、表1)。X線写真固定スコアと処置との間に関係があるかどうかを調べるために、分割表を作成し(表2)、カイ二乗解析を行った。表2からわかるように、3の固定スコア(連続した固定)を達成するための度数は、自家移植片+PEEKグループの場合が56%であり、本発明のパテ+BMP2+PEEKグループの場合が83%であった。2の固定スコア(確度の高い固定)を達成するための度数は、自家移植片+PEEKグループの場合が83%であり、本発明のパテ+BMP2+PEEKグループの場合が100%であった。カイ二乗解析により、本発明のパテ+BMP2+PEEKグループのほうが自家移植片+PEEKグループより高いX線写真固定スコアを達成する傾向がある、ということがわかった。
Result 1. Radiographic evaluation In the two treated groups, good radiographic fixation scores were obtained, and the putty + BMP2 + PEEK group of the present invention performed somewhat better than the autograft group (on average 2.4). 2.8, Table 1). In order to investigate whether there is a relationship between the radiographic fixed score and the treatment, a contingency table was created (Table 2) and chi-square analysis was performed. As can be seen from Table 2, the frequency to achieve a fixed score of 3 (continuous fixation) was 56% for the autograft + PEEK group and 83% for the putty + BMP2 + PEEK group of the present invention. It was. The frequency to achieve a fixed score of 2 (fixation with high accuracy) was 83% for the autograft + PEEK group and 100% for the putty + BMP2 + PEEK group of the present invention. Chi-square analysis revealed that the putty + BMP2 + PEEK group of the present invention tended to achieve a higher radiographic fixation score than the autograft + PEEK group.

Figure 2009525158
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2. 生体力学による結果
2つの処置した体間固定グループおよび正常な無損傷グループに対する6つの荷重方向における平均剛性を図3〜5に示す。具体的には、図3は、正常な無損傷グループと2つの処置グループの、屈曲荷重と伸張荷重における平均フレキシビリティを示しているチャートである。処置グループと正常無損傷グループとの間の差異は、2つの荷重方向において統計的に有意であった。2つの処置グループ間の差異は、屈曲のみにおいて統計的に有意であった。図4は、正常無損傷グループと2つの処置グループの、右軸回転荷重と左軸回転荷重における平均フレキシビリティを示しているチャートである。処置グループと正常無損傷グループとの間の差異は、2つの荷重方向において統計的に有意であったが、2つの処置グループ間の差異は、統計的に有意ではなかった。図5は、正常無損傷グループと2つの処置グループの、右横曲げ荷重と左横曲げ荷重における平均フレキシビリティを示しているチャートである。処置グループと正常無損傷グループとの間の差異は、2つの荷重方向において統計的に有意であったが、2つの処置グループ間の差異は、統計的に有意ではなかった。
2. Results from biomechanics The average stiffness in the six loading directions for the two treated interbody fixation groups and the normal intact group is shown in FIGS. Specifically, FIG. 3 is a chart showing the average flexibility in bending load and extension load of a normal intact group and two treatment groups. The difference between the treatment group and the normal intact group was statistically significant in the two loading directions. The difference between the two treatment groups was statistically significant only in flexion. FIG. 4 is a chart showing the average flexibility in the right axis rotation load and the left axis rotation load of the normal undamaged group and the two treatment groups. The difference between the treatment group and the normal undamaged group was statistically significant in the two loading directions, but the difference between the two treatment groups was not statistically significant. FIG. 5 is a chart showing the average flexibility in the right side bending load and the left side bending load of the normal undamaged group and the two treatment groups. The difference between the treatment group and the normal undamaged group was statistically significant in the two loading directions, but the difference between the two treatment groups was not statistically significant.

平均すると、2つの処置グループのレベル剛性(level stiffness)は、屈曲荷重において、正常無損傷グループより3.1倍(自家移植片+PEEKグループ)および5.4倍(本発明のパテ+BMP2+PEEKグループ)高い剛性を有し(p<0.0001)、伸張荷重において、正常無損傷グループより4.6倍(自家移植片+PEEKグループ)および6.1倍(本発明のパテ+BMP2+PEEKグループ)高い剛性を有した(p<0.0001)。2つの処置グループは、軸回転において、レベル剛性が正常無損傷グループより1.7〜3.0倍高く(p<0.0004)、また横曲げ荷重において、正常無損傷グループより6.3〜9.3倍高かった(p<0.0001)。2つの処置グループのフレキシビリティを比較すると、本発明のパテ+BMP2+PEEKグループのほうが、平均すると全ての荷重方向において剛性が高かった。統計的に有意な差異は、屈曲荷重においてのみ見られた(74%高い剛性、p<0.002)。   On average, the level stiffness of the two treatment groups is 3.1 times (autograft + PEEK group) and 5.4 times (the putty of the present invention + BMP2 + PEEK group) higher than the normal intact group in bending load. Rigidity (p <0.0001) and 4.6 times (autograft + PEEK group) and 6.1 times (putty of the present invention + BMP2 + PEEK group) higher than normal intact group in extension load (P <0.0001). The two treatment groups have a level stiffness 1.7-3.0 times higher than the normal undamaged group in axial rotation (p <0.0004) and 6.3-3 higher than the normal undamaged group in lateral bending load. 9.3 times higher (p <0.0001). Comparing the flexibility of the two treatment groups, the putty + BMP2 + PEEK group of the present invention, on average, was more rigid in all loading directions. A statistically significant difference was seen only at flexural loads (74% higher stiffness, p <0.002).

(実施例3)
後側方固定術における本発明のパテの使用
機器を備えたヒツジの後側方固定モデルを使用して、自家移植片と[実施例1の本発明のパテ+rhBMP−2](IP+rhBMP−2)が、術後6ヶ月にて後側方固定を果たす能力を評価した。ブラインデッドX線写真による方法、生体力学的方法、および組織学的方法を使用して、ヒツジの腰椎固定モデルにおける後側方固定を引き起こす上でのこれら処置の有効性を評価した。固定の評価は、ファキシトロン高分解能ラジオグラフィー、非破壊生体力学的試験、およびマイクロラジオグラフィーによる非脱灰組織学を使用して行った。分析は全て、ブラインデッド法(a blinded fashion)にて行った。さらに、非脱灰組織学を使用して、骨移植片代替物の骨適合性を評価した。評価した処置群のほかに、同じ方法を使用して正常な脊椎の生体力学的特性も評価した。全てのデータ取得が完了したとき、キーをブレイクし(key was broken)、処置群によってラジオグラフィーデータ、生体力学的データ、および組織学的データを解析した。
(Example 3)
Using a sheep posterior fixation model equipped with a device for using the putty of the present invention in posterior fusion, an autograft and [the putty of the present invention + rhBMP-2 of Example 1] (IP + rhBMP-2) However, the ability to perform posterior lateral fixation was evaluated 6 months after surgery. Blinded radiographic, biomechanical, and histological methods were used to evaluate the effectiveness of these treatments in causing posterior lateral fixation in a sheep lumbar fixation model. Fixation evaluation was performed using Faxtron high resolution radiography, non-destructive biomechanical testing, and non-decalcified histology by microradiography. All analyzes were performed by a blinded fashion. In addition, non-decalcified histology was used to assess the bone compatibility of bone graft substitutes. In addition to the treatment groups evaluated, the same method was used to evaluate the biomechanical properties of normal spine. When all data acquisition was complete, the key was broken and the radiographic, biomechanical, and histological data were analyzed by treatment group.

動物モデル
ヒツジの腰椎とヒトの腰椎の間の生体力学的類似性から、ヒツジの腰椎モデルを使用した。Wilkeらは、ヒツジ脊椎の生体力学的パラメーター[動きの範囲、ニュートラル・ゾーン、およびレベル・スティフネス]を特性決定し、WhiteとPanjabiによってこれまでに報告されているヒト試験片からのデータ(「Wilke et al.,Spine:22(20):2365−2374,1997」;および「White AA and Panjabi MM,editors,Clinical Biomechanics of the Spine,第2版,J.B.Lippincott,ペンシルベニア州フィラデルフィア,1990」を参照)と比較した。Wilkeらは、“異なった荷重方向に対するヒツジ脊椎の動きの範囲は、それらの頭尾動向という点において、文献に報告されているヒト試験片の動きの範囲と定性的には類似している”ということを見出した。彼らはさらに、“この研究において示されたヒツジ脊椎とヒト脊椎との生体力学的類似性に基づいて、ヒツジの脊椎は、脊椎移植片を評価する上での代替物としての機能を果たすことができると思われる”と結論付けた。
Because of the biomechanical similarity between the lumbar spine of the animal model sheep and the human lumbar spine, the ovine lumbar spine model was used. Wilke et al. Characterize sheep spine biomechanical parameters [range of motion, neutral zone, and level stiffness] and data from human specimens previously reported by White and Panjabi (“Wilke et al., Spine : 22 (20): 2365-2374, 1997 ";and" White AA and Panjabi MM, editors, Clinical Biomechanics of the Spine, 2nd edition, J. B. Lippincott, Philadelphia, Pennsylvania 19 ". )). Wilke et al. “The range of movement of the sheep spine for different loading directions is qualitatively similar to the range of movement of human specimens reported in the literature in terms of their head-to-tail movement.” I found out. They further stated, “Based on the biomechanical similarity between the sheep and human vertebrae demonstrated in this study, the sheep vertebrae may serve as an alternative for evaluating spinal grafts. I think we can do it. ”

外科技術
施設に着いたらすぐに、12匹のヒツジを、大形動物研究用納屋の適切な放牧地に収容した。ヒツジから虫を駆除し、識別のために耳標を付けた。健康診断を行い、呼吸器系疾患の兆候を有する動物については、それらの静脈血を完全血球算定(CBC)に供した。
Upon arrival at the surgical facility, twelve sheep were housed in an appropriate pasture of a large animal research barn. The insects were removed from the sheep and earmarks were attached for identification. Medical examinations were performed and for animals with signs of respiratory disease, their venous blood was subjected to a complete blood count (CBC).

ヒツジに麻酔をかけた。背部腰椎エリアから羊毛を取り除き、ヒツジを手術台上に腹這いの姿勢で配置した。背部と背側部の腰椎エリアを、ポビドンヨードとイソプロピルアルコールで交互に複数回こすって、無菌手術ができるように準備した。上記エリアを布で覆い、背部腰椎筋肉組織を通してL3−L6への背部アプローチを行った。   Sheep were anesthetized. The wool was removed from the dorsal lumbar area and the sheep was placed in a prone position on the operating table. The dorsal and dorsal lumbar areas were rubbed alternately with povidone iodine and isopropyl alcohol multiple times to prepare for aseptic surgery. The area was covered with a cloth and a back approach to L3-L6 was performed through the back lumbar musculature.

腸骨稜自家移植片取り入れ: 自家移植片を対照標準として使用した。下記のプロトコルに従った。背部と背側部の腰椎エリアと腸骨稜エリアを、ポビドンヨードとイソプロピルアルコールで交互に複数回こすって、無菌手術ができるように準備した。上記エリアを布で覆い、左腸骨稜の上にて3cm切開した。臀筋のパーシャル・レフレクション(partial reflection)を行った後に、骨切りのみを使用して、腸骨稜の頭蓋背部面に小さな窓を作った。キューレットを使用して約2ccの自家網状骨を取り出し、次いで、腰椎固定に使用される移植片の1つ(例えばPEEKスペーサー)に詰め込んだ(これは対照標準の場合である)。intralesional硫酸モルフィネを投与してから、腸骨稜の切断を終結した。皮下組織のための2/0ポリソーブ(polysorb)と、皮膚のためのステンレス鋼ステープルを使用して、通常の仕方で腸骨稜部位を閉じた。 Iliac crest autograft uptake : Autografts were used as controls. The following protocol was followed. The back and dorsal lumbar area and iliac crest area were rubbed alternately with povidone iodine and isopropyl alcohol multiple times to prepare for aseptic surgery. The area was covered with a cloth and a 3 cm incision was made on the left iliac crest. After partial reflection of the gluteal muscle, a small window was made on the dorsal surface of the iliac crest using only osteotomy. Approximately 2 cc of autologous bone was removed using a curette and then packed into one of the grafts used for lumbar fixation (eg, PEEK spacer) (this is the case for a control). After the administration of morphine sulfate, the iliac crest was terminated. The iliac crest site was closed in the normal manner using 2/0 polysorb for the subcutaneous tissue and stainless steel staples for the skin.

背側(“後外側”)体間固定: 背部腰椎エリアを、ポビドンヨードとイソプロピルアルコールで交互に複数回こすって、無菌手術ができるように準備した。上記エリアを布で覆い、L3とL4および棘突起への背部アプローチができるよう、意図する切開の部位に沿って局所麻酔薬(ブピバカイン)をしみ込ませた。 Dorsal ("posterior lateral") interbody fusion : The dorsal lumbar area was rubbed alternately with povidone iodine and isopropyl alcohol multiple times to prepare for aseptic surgery. The area was covered with a cloth and a local anesthetic (bupivacaine) was impregnated along the intended incision site to allow a dorsal approach to L3 and L4 and spinous processes.

横突起へのアプローチ: 皮膚を20cm切開し、棘突起と薄層から傍脊椎筋を切り離した。面関節およびL3とL4との間の横突起を露出させた。
器具と脊椎固定技術: L3とL4の横突起から左右相称に皮質を剥離除去した。腸骨稜からの骨移植片または骨移植片代替物(rhBMP−2+本発明のパテ)を、横突起の間に配置した(側部1つ当たり約10cc)。ネジとロッドを使用して、ヒツジをトランス柄ねじ固定(transpedicular screw fixation)にかけた。処置のこの時点において、柄のねじとロッドを挿入した。
Approach to transverse process : A 20 cm incision was made in the skin and the paraspinal muscles were separated from the spinous process and lamina. The facet joint and the transverse process between L3 and L4 were exposed.
Instrument and spinal fixation technique : The cortex was peeled and removed bilaterally from the lateral processes of L3 and L4. A bone graft or bone graft substitute from the iliac crest (rhBMP-2 + putty of the present invention) was placed between the transverse processes (approximately 10 cc per side). The sheep were subjected to transpedal screw fixation using screws and rods. At this point in the procedure, a pedicle screw and rod were inserted.

創傷縫合: 外腹筋膜(0ポリソーブ(吸収性縫合糸))、皮下組織(2/0ポリソーブ)、および皮膚(2/0モノフィラメント非吸収性縫合糸)について普通の縫合を行った。各動物に対する手術時間は、通常約50分であった。周術期の抗生物質(セファゾリンナトリウム)を投与した。ヒツジがまだ全身麻酔状態である間に、手術後のX線写真を撮った。 Wound sutures : Normal sutures were performed on the external fascia (0 polysorb (absorbable suture)), subcutaneous tissue (2/0 polysorb), and skin (2/0 monofilament non-absorbable suture). The surgical time for each animal was usually about 50 minutes. Perioperative antibiotics (cefazoline sodium) were administered. A post-operative radiograph was taken while the sheep were still in general anesthesia.

アフターケア: 外科手術の直後に、ヒツジを手術台から改良手押し車に移し、まだ全身麻酔状態の間にX線医学室に運び、そこで固定部位の背腹方向と横方向のX線写真を撮った。X線写真による評価の後、また改良手押し車中にある間に、嚥下反射が戻るまでヒツジを観察した。その時点において、ヒツジから抜管し、トレーラーに運び、そこで胸を下面につけた腹ばい状態の姿勢にした。その日の終わりに、その日に手術した全ての動物を研究用放牧地に移動させた。回復するようヒツジを屋外で収容し(3つの方向にシェルターがある)、自由に運動させておいた。術後鎮痛法を前述のように施した。術後3ヶ月にて、ヒツジに麻酔をかけ、X線撮影した。 Aftercare : Immediately after surgery, the sheep are moved from the operating table to a modified wheelbarrow and taken to the X-ray room while still under general anesthesia, where they take X-ray pictures of the dorsal and lateral directions of the fixation site. It was. After evaluation by radiograph and while in the improved wheelbarrow, the sheep were observed until the swallowing reflex returned. At that time, he was extubated from the sheep and carried to the trailer, where he was in a hungry posture with his chest on the underside. At the end of the day, all animals operated on that day were moved to the research pasture. She was housed outdoors (with shelters in three directions) and allowed to move freely to recover. Postoperative analgesia was performed as described above. Three months after the operation, the sheep was anesthetized and radiographed.

安楽死: 術後6ヶ月にて12匹のヒツジを、人道的方法で安楽死させた。安楽死は、「安楽死に関するAVMAパネル」(J.Am.Vet.Med.Assoc.,202:229−249,1993)によって説明されているガイドラインに従って行った。これらのヒツジについて腰椎固定部位のX線写真を撮って、L3−L4における固定の程度を評価した。 Euthanasia : Twelve sheep were euthanized humanely 6 months after surgery. Euthanasia was performed according to the guidelines described by the “AVMA Panel on Euthanasia” (J. Am. Vet. Med. Assoc., 202: 229-249, 1993). X-ray photographs of the lumbar fixation sites were taken on these sheep to evaluate the degree of fixation in L3-L4.

試験片の採集と取り扱い: 安楽死の後、12匹の動物全てに対して徹底的な肉眼的検視を行った。全ての主要な臓器系に対する従来の肉眼的検査と、病理学的障害(存在する場合)の組織病理学的評価を行った。研究の過程で死んだか又は安楽死させた動物は、徹底的な検視を行って、疾患もしくは死亡の原因を調べた。検視により、固定された腰椎が得られた。 Collection and handling of test specimens : After euthanasia, all 12 animals were subjected to a thorough macroscopic examination. Conventional gross examination of all major organ systems and histopathological evaluation of pathological disorders (if any) were performed. Animals that died or were euthanized during the course of the study were thoroughly examined to determine the cause of the disease or death. A fixed lumbar spine was obtained by autopsy.

材料の分析: ヒツジの腰椎エリアからの全てのサンプルを、固定部位についての機械的試験に付した。矢状面と前頭面の曲げモーメント(屈曲、伸張、右横曲げ、および左横曲げ)に対する剛性に関してサンプルを試験した。これらの機械的試験は非破壊的試験であるので、固定部位も組織学的に調べることができた。 Material analysis : All samples from the lumbar area of the sheep were subjected to mechanical testing for fixation sites. Samples were tested for stiffness against sagittal and frontal bending moments (bending, stretching, right lateral bending, and left lateral bending). Since these mechanical tests are non-destructive tests, the fixation site could also be examined histologically.

移植片材料
実験グループを下記に示す。自家移植片グループからの動物は死亡し、全ての分析から除外した。したがって、下記の結果における自家移植片グループからの動物の総数は5に減少した。
Graft material :
The experimental groups are shown below. Animals from the autograft group died and were excluded from all analyses. Thus, the total number of animals from the autograft group in the results below was reduced to 5.

Figure 2009525158
Figure 2009525158

サバイバルフェーズ(survival phase)の動物実験が完了した後、評価すべく直ちに脊椎を凍結した。後外側固定と骨回復を果たす上での骨移植片や骨移植片代替物の有効性を、後述するX線写真分析、生体力学的分析、および組織学的分析によって行った。実験は、ブラインデッド法(a blinded fashion)にて行った。全ての分析が完了した後で、キーをブレイクし(key was broken)、X線写真データ、生体力学的データ、および組織学的データを、処置グループにしたがって解析した。   After the survival phase animal experiments were completed, the spine was frozen immediately for evaluation. The effectiveness of bone grafts and bone graft substitutes in achieving posterior lateral fixation and bone recovery was performed by radiographic analysis, biomechanical analysis, and histological analysis described below. The experiment was performed by the blinded fashion. After all analysis was completed, the key was broken and radiographic, biomechanical, and histological data were analyzed according to treatment group.

分析方法
1. X線写真による評価:
手術の直後において、一定の術後間隔にて、そして犠牲の時点においてX線写真を撮った。ファキシトロン(オレゴン州マクミンビルのヒューレット・パッカード社)高解像度ラジオグラフィー装置と高解像度フィルム(EKTASCAN B/RAフィルム4153、ニューヨーク州ロチェスターのコダック社)を使用して、生体力学的試験後に取り入れた腰椎の、高解像度PAX線写真を得た。ウインドウズXPワークステーションに基づいて動作する画像解析ソフトウェア(Image Pro Plus Software バージョン5.0、メリーランド州シルバースプリングのメディア・サイバネティクス社)を使用して、X線写真をスキャンした。ビデオカメラ(モデルDFC280、英国ケンブリッジのライカ・マイクロシステムズ社)を使用して、X線写真のデジタル画像を得た。さらに、これらのX線写真を使用して、後述するような組織学的分析のためにサンプルをグロス(gross)した。
Analysis method :
1. X-ray evaluation:
X-rays were taken immediately after surgery, at regular post-operative intervals, and at the time of sacrifice. Using a Faxtron (Hewlett-Packard Company, McMinnville, Oregon) high-resolution radiography device and high-resolution film (EKTASCAN B / RA film 4153, Kodak Company, Rochester, NY), A high resolution PAX radiograph was obtained. Radiographs were scanned using image analysis software (Image Pro Plus Software version 5.0, Media Cybernetics, Silver Spring, Md.) Operating on a Windows XP workstation. X-ray digital images were obtained using a video camera (model DFC280, Leica Microsystems, Cambridge, UK). In addition, these radiographs were used to gloss samples for histological analysis as described below.

3人のblinded評価者が、横突間突起固定(intertransverse process fusion)に関して得られたファキシトロンX線写真を評価した。PAX線写真については、レベルの右側と左側に対し、横突間突起のスペースを、下記の採点法に基づいて固定に関して評価した:4=連続的な骨橋形成、3=骨密度の増大、2=半透明で幾らかの骨橋形成、および1=固定されず。右側のPAX線写真と左側のPAX線写真に基づいて、blinded評価者は、下記の基準を使用して脊椎レベルに対する全体的な固定スコアを等級付けした:
3=連続的な固定:右および左に関して連続的な横突間突起固定がなされ、X線透過性がない;
2=あり得る固定:右または左に関して横突間突起固定があり得るが、どちらもX線透過性がない。右または左の横突間突起スペースがX線透過性;
1=固定なし:右側と左側の両方に関して上位から下位への連続的な骨橋形成のない孤立した骨形成。X線透過性が高く、右または左に横突間突起固定の証拠がない。
Three blinded evaluators evaluated the faxitron radiographs obtained for the intertransverse process fusion. For PAX radiographs, for the right and left sides of the level, the intercostal space was evaluated for fixation based on the following scoring method: 4 = continuous bone bridge formation, 3 = increased bone density, 2 = translucent and some bone bridge formation, and 1 = not fixed. Based on the right and left PAX radiographs, the blinded assessor graded the overall fixed score for the spinal level using the following criteria:
3 = continuous fixation: continuous lateral protrusion fixing with respect to right and left and no X-ray transparency;
2 = Possible fixation: There can be interlateral protrusion fixation on the right or left, but neither is X-ray transparent. Right or left lateral protrusion space is radiolucent;
1 = No fixation: Isolated bone formation without continuous bone bridge formation from upper to lower on both the right and left sides. X-ray transmission is high, and there is no evidence of lateral protrusion fixing on the right or left.

処置コードをブレークした後、X線写真による固定データを統計的に解析した。
2. 処置した腰椎運動セグメントの生体外の生体力学的試験
フレキシビリティ試験
凍結試験片を解凍した後に、全ての脊椎に対して非破壊的な仕方で、制約なしの生体力学的試験を行った。脊椎と固定塊体構造物の剛性が試験できるように、生体力学的試験の前に、後側方固定を安定化させるのに使用された全ての金属製後部器具類を取り除いた。運動セグメントのフレキシビリティを、屈曲、伸張、右横曲げ、左横曲げ、右軸回転、および左軸回転に関して調べた。試験は全て、試験片を解凍してから12時間以内に行った。試験片は1回だけ凍結させた。生体力学的試験の目的は、従来から説明されている固定処置により増大する、腰椎運動セグメントの剛性を定量化することにあった。取り入れた腰椎から処置された(L4−L5)運動セグメントを解剖し、異質の軟組織を取り除き、これにより靭帯組織と骨組織を無損傷状態のままに残した。特別に設計された荷重枠と支持枠を、それぞれL4椎骨とL5椎骨に固定した。
After breaking the treatment code, the fixed data from the radiograph was statistically analyzed.
2. In vitro biomechanical testing of treated lumbar motion segments
Flexibility Test After thawing frozen specimens, all vertebrae were subjected to unconstrained biomechanical tests in a non-destructive manner. All metal posterior instruments used to stabilize the posterior lateral fixation were removed prior to biomechanical testing so that the stiffness of the spine and fixation mass structure could be tested. The flexibility of the motion segment was investigated with respect to bending, stretching, right lateral bending, left lateral bending, right axis rotation, and left axis rotation. All tests were performed within 12 hours after thawing of the specimens. The specimen was frozen only once. The purpose of the biomechanical test was to quantify the stiffness of the lumbar motion segment, which is increased by previously described fixation procedures. The treated (L4-L5) motor segment from the incorporated lumbar spine was dissected to remove extraneous soft tissue, thereby leaving the ligament tissue and bone tissue intact. Specially designed load and support frames were secured to the L4 and L5 vertebrae, respectively.

それぞれの荷重方向において、0Nm、0.5Nm、2.5Nm、4.5Nm、6.5Nm、および8.5Nmのモーメントが得られた。単なるモーメント(pure moments)を加えるために静荷重を使用した。6自由度のロードセルを、試験した試験片と直列に配置して、加えられたモーメントを確認した。それぞれの椎骨に、赤外線を反射する3つのマーカーを付けた。赤外線反射マーカーの位置は、3つのVICONカメラ(英国オックスフォードのVicon Peak)を使用して記録した。屈曲、伸張、左横曲げ、右横曲げ、左軸回転、および右軸回転において加えられる単なるモーメントを使用して、三次元荷重−変位データを取得した。三次元座標データを解析して、下位椎骨に対する上位椎骨の回転角、および各運動セグメントの回転フレキシビリティを得た。   In each loading direction, moments of 0 Nm, 0.5 Nm, 2.5 Nm, 4.5 Nm, 6.5 Nm, and 8.5 Nm were obtained. Static loads were used to apply pure moments. A 6-degree-of-freedom load cell was placed in series with the tested specimen to confirm the applied moment. Three markers that reflect infrared rays were attached to each vertebra. The position of the infrared reflective marker was recorded using three VICON cameras (Vicon Peak, Oxford, UK). Three-dimensional load-displacement data was acquired using simple moments applied in bending, stretching, left lateral bending, right lateral bending, left axis rotation, and right axis rotation. The three-dimensional coordinate data was analyzed to obtain the rotation angle of the upper vertebra with respect to the lower vertebra and the rotation flexibility of each motion segment.

これまでに得られている、正常な(未処置の)無損傷グループのヒツジ腰椎運動セグメントからの生体力学データを、ヒツジのL4−L5に関する正常な腰椎運動に対する基本データとして使用した。損傷グループと正常グループとの間の剛性(フレキシビリティ)の差異を統計的に比較した。パラメーターによらないKruskal−Wallis試験とMann−Whitney試験を使用して生体力学データを解析した。   Previously obtained biomechanical data from the normal (untreated) intact group of sheep lumbar motion segments was used as the basic data for normal lumbar motion for sheep L4-L5. The differences in stiffness between the injury group and the normal group were statistically compared. Biomechanical data were analyzed using the Kruskal-Wallis test and the Mann-Whitney test regardless of parameters.

3. 非脱灰組織学とマイクロラジオグラフィー
プロセシングと染色非脱灰セクション
処置グループのそれぞれに対し、非脱灰法を使用して二分脊椎の横突間突起スペースを分析した(マイクロX線写真と複数の染色)。分染法を定性的な光学顕微鏡法と共に使用して、自家移植片および骨移植片代替物に関連した骨橋形成と固定の程度を評価した。分染法を使用して、骨移植片代替材料に対する宿主の応答を評価した。
3. Non-decalcification histology and microradiography
For each of the processing and staining non-decalcification section treatment groups, the non-decalcification method was used to analyze the intercostal process space of the spina bifida (microradiography and multiple staining). The staining method was used in conjunction with qualitative light microscopy to assess the extent of bone bridge formation and fixation associated with autografts and bone graft substitutes. A dyeing method was used to assess host response to bone graft replacement material.

ファキシトロンX線写真法の後、移植片を含有する全ての脊椎レベルを下記のやり方でグロスした(were grossed)。帯鋸を使用して、柄の前面にて脊柱の全長に沿って、前部組織を無傷のままにしておいて前頭面の切れ目を作成した。前部の組織は廃棄した。次いで、脊椎レベルの後部エレメントをmid−sagittallyに二分して、右半分と左半分を得た。右側と左側に対してtissues cranial to the cranial transverse processesを廃棄できるように、軸平面におけるアングルド・カット(angled cut)を作った。右側と左側に対してtissues caudal to the caudal transverse processesをトリミングして廃棄できるように、軸平面におけるアングルド・カットを作った。右横突間突起スペースと左横突間突起スペースの組織を矢状面にてさらに分割して、左固定塊体の中央サンプルと側方サンプル、ならびに右固定塊体の中央サンプルと側方サンプルを得た。右と左の中央サンプルと側方サンプルにラベルを付け、ホルマリン中に固定し、そして処理した(アルコール中にて連続的に水分を取り除き、キシレンもしくはキシレン代替品中にて透明にし、そしてgraded catalyzedメチルメタクリレート中に埋め込んだ)。   After Faxtron radiography, all vertebral levels containing the graft were grossed in the following manner. A band saw was used to create a frontal cut along the entire length of the spinal column at the front of the handle, leaving the anterior tissue intact. The front tissue was discarded. The posterior element at the vertebral level was then bisected into mid-sagitally to obtain the right and left halves. Angled cuts in the axial plane were made so that the issues cranial to the cranial transversal processes could be discarded for the right and left sides. Angled cuts in the axial plane were made so that the right side and left side could be discarded by trimming the issues causal to the transversal processes. The left and right intercostal projection space structures are further divided by the sagittal plane, and the left fixed mass central and lateral samples, and the right fixed mass central and lateral samples are divided. Got. The right and left center and side samples were labeled, fixed in formalin, and processed (continuously dehydrated in alcohol, clarified in xylene or xylene substitute, and graded catalyzed Embedded in methyl methacrylate).

重合が完了してサンプルが硬化した後に、セクショニングと染色を行った。横突起、移植片もしくは移植片代替物、および横突起スペースの組織を含有するブロックを、低速のダイヤモンドソー(イリノイ州レークブラフのBuehler Isomet)により矢状面にて切開した。上記の埋め込まれた中央組織ブロックと側方組織ブロックに対し、中央ブロックと側方ブロックの両方に対して固定塊体の中央からセクショニングを始めた。したがって、“右側方ブロック”からのセクション#1は、固定塊体の中央部にてサンプル採取したが、“右側方ブロック”からのセクション#6は、固定塊体の遠めの側方解剖面(横突起の先端)にてサンプル採取した。同様に、“右中央ブロック”からのセクション#1は、固定塊体の中央部にてサンプル採取したが、“右中央ブロック”からのセクション#6は、固定塊体の遠めの中央解剖面(薄層とファセットの接合部)にてサンプル採取した。300μmのオーダーのセクションを得るのにweightsを使用した。約5〜10のセクションを、横突間突起スペースの各半分を通して、矢状面において作製した。必要に応じて、所望の厚さを得るために粉砕を行った。セクションの厚さは、メートル法のマイクロメーター(Fowler,Japan)を使用して測定した。三重染色を使用する分別染色を使用することで、組織学的な差別化が可能となった。   After polymerization was completed and the sample was cured, sectioning and dyeing were performed. Blocks containing transverse processes, grafts or graft substitutes, and tissues of transverse processes space were dissected in the sagittal plane with a low speed diamond saw (Buehler Isomet, Lake Bluff, Illinois). For the embedded central and side tissue blocks described above, sectioning was started from the center of the fixed mass for both the central and side blocks. Thus, section # 1 from the “right side block” was sampled at the center of the fixed mass, while section # 6 from the “right side block” was the far side anatomical surface of the fixed mass. Samples were collected at (tips of lateral protrusions). Similarly, section # 1 from the “right center block” was sampled at the center of the fixed mass, while section # 6 from the “right center block” was the far central anatomical surface of the fixed mass. Samples were taken at (thin layer and facet joint). Weights were used to obtain sections on the order of 300 μm. About 5-10 sections were made in the sagittal plane through each half of the inter-protrusion space. If necessary, grinding was performed to obtain the desired thickness. Section thickness was measured using a metric micrometer (Fowler, Japan). The use of fractional staining using triple staining enabled histological differentiation.

ウインドウズXPワークステーションで動作する画像解析ソフトウェア(Image Pro Plus Software バージョン5.0、メリーランド州シルバースプリングのメディア・サイバネティクス社)を使用して、染色非脱灰セクションをスキャンした。ビデオカメラ(モデルDFC280、英国ケンブリッジのライカ・マイクロシステムズ社)を使用して、染色非脱灰セクションのデジタル画像を得た。この実験に対する非脱灰組織学セクションとマイクロX線写真を、背部が画像の頂部に位置するようにスキャンした。セクションの腹部側は通常フラットであり、2つの卵形横突起を示した。セクションは、横突起が画像の底部(腹側面)に位置するようにスキャンした。ミリメートルスケール(a mm. scale)は、画像の底部(腹側面)にてスキャンした。マイクロソフト・フォトエディターを使用して画像を刈り込んだ。   Stained non-decalcified sections were scanned using image analysis software (Image Pro Plus Software version 5.0, Media Cybernetics, Silver Spring, Md.) Running on a Windows XP workstation. A digital image of the stained non-decalcified section was obtained using a video camera (model DFC280, Leica Microsystems, Cambridge, UK). The non-decalcified histology section and microradiogram for this experiment were scanned with the back located on top of the image. The abdomen side of the section was usually flat and showed two oval transverse processes. Sections were scanned so that the transverse process was located at the bottom (ventral side) of the image. A millimeter scale (a mm. Scale) was scanned at the bottom (ventral side) of the image. I trimmed the image using Microsoft Photo Editor.

セクション固定基準: 非脱灰セクションは、上位から下位への連続的な骨橋形成が認められた場合に固定されたものと見なされた。非骨組織の存在により連続的な骨橋形成が不要になった場合に、セクションを、さらに下記のように評価した。非固定セクション関しては、セクションを、A)不完全なブリッジを含んでいて非固定であるが、セクションの長さの50%超えに新たな骨が認められる;またはB)不完全なブリッジを含んでいて非固定であり、セクションの長さの50%以下に新たな骨が認められる;に類別した。 Section fixation criteria : Non-decalcified sections were considered fixed if continuous bone bridge formation from upper to lower was observed. Sections were further evaluated as follows when the presence of non-bone tissue eliminated the need for continuous bone bridge formation. For a non-fixed section, the section is A) non-fixed including an incomplete bridge, but new bone is found in more than 50% of the length of the section; or B) an incomplete bridge Including and unfixed, new bone is found in less than 50% of the length of the section;

右側と左側のレベル固定基準: 評価した全てのセクションに基づき、下記の基準を使用して、レベルの右側または左側に組織学的固定が存在するかどうかを調べた。セクションおよび対応するマイクロX線写真の50%超えが連続的な骨橋形成を示した場合には、脊椎レベルの右側または左側が固定されたと見なした。脊椎レベルの右側または左側からのセクションおよび対応するマイクロX線写真の50%以下が連続的な骨橋形成を示した場合には、部分的な固定が存在したと見なした。脊椎レベルの右側または左側からのセクションおよび対応するマイクロX線写真が骨橋形成を示さなかった場合には、固定は存在しなかったと見なした。 Right and left level fixation criteria : Based on all sections evaluated, the following criteria were used to determine whether histological fixation was present on the right or left side of the level. A spine level right or left side was considered fixed if more than 50% of the section and corresponding microradiogram showed continuous bone bridge formation. Partial fixation was considered present if less than 50% of sections from the right or left side of the spine level and corresponding microradiograms showed continuous bone bridge formation. If a section from the right or left side of the spine level and the corresponding microradiogram showed no bone bridge formation, no fixation was considered present.

マイクロラジオグラフィー
処置した腰椎レベルからの非脱灰セクションに対し、マイクロラジオグラフィー装置(ファキシトロン・ラジオグラフィー装置、オレゴン州マクミンビルのヒューレット・パッカード社)と分光フィルム(B/RA4153フィルム4153、ニューヨーク州ロチェスターのコダック社)を使用してX線写真を撮った。曝露時間を決定するために、これらのセクションの厚さを、メートル法のマイクロメーター(Fowler,Japan)を使用して測定した。超微細マジックインキでセクションに標識を付け、セクションをEktascan B/RA4153フィルム上に配置し、それぞれ100μmのセクション厚さに対して、20kVおよび3mAにて約45秒にわたってX線源に曝露した。次いでフィルムを現像し、固定し、そして標準的な光学顕微鏡法を使用して、骨化作用に関して分析した。ウインドウズXPワークステーションで動作する画像解析ソフトウェア(Image Pro Plus Software バージョン5.0、メリーランド州シルバースプリングのメディア・サイバネティクス社)を使用して、マイクロX線写真をスキャンした。ビデオカメラ(モデルDFC280、英国ケンブリッジのライカ・マイクロシステムズ社)を使用して、マイクロX線写真のデジタル画像を得た。
For non-decalcified sections from the microradiographically treated lumbar level, microradiographic equipment (faxtron radiography equipment, Hewlett-Packard Company, McMinnville, Oregon) and spectral films (B / RA 4153 film 4153, Rochester, NY) X-rays were taken using Kodak). To determine the exposure time, the thickness of these sections was measured using a metric micrometer (Fowler, Japan). The sections were labeled with ultrafine magic ink and the sections were placed on Ektascan B / RA4153 film and exposed to an X-ray source for about 45 seconds at 20 kV and 3 mA for a section thickness of 100 μm, respectively. The film was then developed, fixed, and analyzed for ossification using standard optical microscopy. Micro-radiograms were scanned using image analysis software (Image Pro Plus Software version 5.0, Media Cybernetics, Silver Spring, Md.) Running on a Windows XP workstation. A digital image of the micro radiograph was obtained using a video camera (model DFC280, Leica Microsystems, Cambridge, UK).

セクションとマイクロX線写真を分析して下記のことを行った:1)組織学的固定を評価した;2)自家移植片および骨移植片代替物に対する宿主の応答を調べた;および3)横突間突起スペース内の固定塊体における骨の品質と量を評価した。   Sections and microradiograms were analyzed to: 1) Histological fixation was assessed; 2) Host response to autograft and bone graft substitute was examined; and 3) Transverse The quality and quantity of bone in the fixed mass in the interprotrusive space was evaluated.

結果
1. X線写真による結果
処置したグループに対するX線写真平均固定スコアを表3に示す。本発明のパテ+rhBMP−2グループは、2.7の平均固定スコアを達成した。自家移植片グループに対する平均固定スコアは2.2であった。
Result 1. Radiographic results Table 3 shows the radiographic average fixed scores for the treated groups. The putty + rhBMP-2 group of the present invention achieved an average fixed score of 2.7. The average fixed score for the autograft group was 2.2.

X線写真固定スコアに及ぼす処置の効果をさらに解析した。分割表を作成し(表4)、カイ二乗解析を行った。表4からわかるように、3の固定スコア(連続した固定)を達成するための度数は、本発明のパテ+BMP−2グループの場合が67%であり、自家移植片グループの場合が40%であった。2(確度の高い固定)以上の固定スコアを達成するための度数は、本発明のパテ+BMP−2グループの場合が100%であり、自家移植片グループの場合が80%であった。パテ+BMP−2グループと自家移植片グループとの間の差異は、統計的に有意ではなかった(p<0.09)。   The effect of treatment on the radiographic fixation score was further analyzed. A contingency table was created (Table 4) and chi-square analysis was performed. As can be seen from Table 4, the frequency to achieve a fixed score of 3 (continuous fixation) was 67% for the putty + BMP-2 group of the present invention and 40% for the autograft group. there were. The frequency for achieving a fixed score of 2 (fixed with high accuracy) was 100% for the putty + BMP-2 group of the present invention and 80% for the autograft group. The difference between the putty + BMP-2 group and the autograft group was not statistically significant (p <0.09).

Figure 2009525158
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2. 生体力学による結果
軸回転荷重、横曲げ荷重、屈曲荷重、および伸張荷重に関して、処置グループに対するグループ剛性を図6〜8に示す。具体的には、図6は、無損傷の動物グループと処置した動物グループの、屈曲荷重および伸張荷重下での平均剛性を示しているチャートであり、図7は、無損傷の動物グループと処置した動物グループの、軸回転荷重下での平均剛性を示しているチャートであり、そして図8は、無損傷の動物グループと処置した動物グループの、横曲げ荷重下での平均剛性を示しているチャートである。これら図面中の誤差バーは標準偏差を示している。
2. Results from Biomechanics Group stiffness for treatment groups is shown in FIGS. 6-8 with respect to axial rotation load, lateral bending load, bending load, and extension load. Specifically, FIG. 6 is a chart showing the average stiffness of an intact animal group and a treated animal group under bending and stretching loads, and FIG. 7 is an intact animal group and treated animal group. Is a chart showing the average stiffness of the treated animal group under axial rotational loading, and FIG. 8 shows the average stiffness of the intact and treated animal groups under lateral bending load. It is a chart. Error bars in these drawings indicate standard deviations.

正常な無損傷脊椎と比較すると、処置グループからの固定セグメントは、全ての荷重方向において統計的により剛性が高かった。2つの処置グループ間を統計的に比較すると、右横曲げの荷重方向においてわずかな統計的有意差が認められることがわかった(Kruskal−Wallis試験、p<0.003)。さらに、Mann−Whitney post−hoc試験によれば、本発明のパテ+BMP2処置グループの右横曲げにおけるフレキシビリティは、自家移植片処置グループよりかなり剛性が高かった(87%高い剛性、p<0.002)。   Compared to a normal intact spine, the fixed segment from the treatment group was statistically more rigid in all loading directions. A statistical comparison between the two treatment groups showed a slight statistically significant difference in the direction of right lateral bending loading (Kruskal-Wallis test, p <0.003). Furthermore, according to the Mann-Whitney post-hoc test, the flexibility in right lateral bending of the putty + BMP2 treatment group of the present invention was significantly more rigid than the autograft treatment group (87% higher stiffness, p <0. 002).

図面と実施態様を挙げて本発明を詳細に説明してきたが、これらは例証のためのものであって、本発明がこれらによって限定されることはない。理解しておかねばならないことは、本明細書では好ましい実施態様だけが説明されており、本発明の要旨に基づいて考えうる全ての変形と改良形も保護されるべきである、という点である。さらに、本明細書に引用されている文献はいずれも当業者のレベルを表わしており、これら文献の全開示内容を参照により本明細書に含める。   Although the present invention has been described in detail with reference to the drawings and embodiments, these are for illustration purposes only, and the present invention is not limited thereto. It should be understood that only the preferred embodiments have been described herein, and all possible variations and modifications based on the gist of the invention should be protected. . Furthermore, any references cited in this specification are indicative of the level of ordinary skill in the art, and the entire disclosures of these references are incorporated herein by reference.

湿潤液体を受け入れるためのリザーバーを含んだ本発明の乾燥多孔性物体移植材料の斜視図である。1 is a perspective view of a dry porous object graft material of the present invention including a reservoir for receiving a wetting liquid. FIG. 本発明の円筒状乾燥多孔性物体移植材料の斜視図である。It is a perspective view of the cylindrical dry porous object transplant material of this invention. 正常な無損傷グループと2つの処置グループの、屈曲荷重および伸張荷重における平均フレキシビリティを示しているチャートである(実施例2に記載)。FIG. 3 is a chart showing the average flexibility in flex and stretch loads for a normal intact group and two treatment groups (described in Example 2). 正常な無損傷グループと2つの処置グループの、右軸回転荷重および左軸回転荷重における平均フレキシビリティを示しているチャートである(実施例2に記載)。6 is a chart showing the average flexibility in the right axis rotation load and the left axis rotation load of the normal undamaged group and the two treatment groups (described in Example 2). 正常な無損傷グループと2つの処置グループの、右横曲げ荷重および左横曲げ荷重における平均フレキシビリティを示しているチャートである(実施例2に記載)。FIG. 6 is a chart showing the average flexibility in the right lateral bending load and the left lateral bending load of the normal intact group and the two treatment groups (described in Example 2). 無損傷動物グループと処置動物グループの、屈曲荷重下および伸張荷重下での平均剛性を示しているチャートである(実施例3に記載)。It is a chart which shows the average rigidity under a bending load and an extension load of an intact animal group and a treatment animal group (as described in Example 3). 無損傷動物グループと処置動物グループの、軸回転荷重下での平均剛性を示しているチャートである(実施例3に記載)。It is a chart which shows the average rigidity under an axial rotation load of an intact animal group and a treatment animal group (described in Example 3). 無損傷動物グループと処置動物グループの、横曲げ荷重下での平均剛性を示しているチャートである(実施例3に記載)。It is a chart which shows the average rigidity under a transverse bending load of an intact animal group and a treatment animal group (described in Example 3).

Claims (10)

展延性で凝集性の形状保持性パテを含む移植可能な医用材料であって、前記パテが、60〜75重量%の水性液体媒体;パテ1cc当たり0.25g〜0.35gのレベルでの、0.4mm〜5mmの範囲の平均粒径を有する分散無機質粒子;パテ1cc当たり0.04g〜0.1gのレベルでの不溶性コラーゲン繊維;およびパテ1cc当たり0.01g〜0.08gのレベルでの可溶性コラーゲン;を含み、但し不溶性コラーゲン繊維と可溶性コラーゲンとの重量比が4:1〜1:1の範囲である、前記移植可能な医用材料。   An implantable medical material comprising a malleable, coherent, shape-retaining putty, wherein the putty is a 60-75 wt% aqueous liquid medium; at a level of 0.25 g to 0.35 g per cc of putty, Dispersed mineral particles having an average particle size ranging from 0.4 mm to 5 mm; insoluble collagen fibers at a level of 0.04 g to 0.1 g per cc of putty; and at a level of 0.01 g to 0.08 g per cc of putty Said implantable medical material, wherein the weight ratio of insoluble collagen fibers to soluble collagen is in the range of 4: 1 to 1: 1. 前記パテが約65%〜約75%の水を含む、請求項1に記載の移植可能な医用材料。   The implantable medical material of claim 1, wherein the putty comprises about 65% to about 75% water. パテ中の不溶性コラーゲン繊維と可溶性コラーゲンとの重量比が約75:25〜約60:40の範囲である、請求項1に記載の移植可能な医用材料。   The implantable medical material of claim 1, wherein the weight ratio of insoluble collagen fibers to soluble collagen in the putty ranges from about 75:25 to about 60:40. 前記不溶性コラーゲン繊維が、0.05g/cc〜0.08g/ccのレベルにて前記パテ中に存在する、請求項1に記載の移植可能な医用材料。   The implantable medical material according to claim 1, wherein the insoluble collagen fibers are present in the putty at a level of 0.05 g / cc to 0.08 g / cc. 前記可溶性コラーゲンが、0.02g/cc〜0.05g/ccのレベルにて前記パテ中に存在する、請求項1に記載の移植可能な医用材料。   The implantable medical material of claim 1, wherein the soluble collagen is present in the putty at a level of 0.02 g / cc to 0.05 g / cc. 前記可溶性コラーゲンが、0.02g/cc〜0.05g/ccのレベルにて前記パテ中に存在する、請求項4に記載の移植可能な医用材料。   The implantable medical material according to claim 4, wherein the soluble collagen is present in the putty at a level of 0.02 g / cc to 0.05 g / cc. 前記無機質粒子が二相リン酸カルシウムを含む、請求項1に記載の移植可能な医用材料。   The implantable medical material of claim 1, wherein the inorganic particles comprise biphasic calcium phosphate. 前記無機質粒子が約0.4mm〜約2.0mmの範囲の平均粒径を有する、請求項1に記載の移植可能な医用材料。   The implantable medical material of claim 1, wherein the inorganic particles have an average particle size ranging from about 0.4 mm to about 2.0 mm. 不溶性コラーゲン繊維と可溶性コラーゲンとの前記重量比が約75:25〜約65:35であり;前記無機質粒子が、約0.4mm〜約4.0mmの範囲の平均粒径を有し;前記パテが、不溶性コラーゲン繊維を約0.05g/cc〜約0.08g/ccのレベルにて含み;そして前記パテが、可溶性コラーゲンを約0.02g/cc〜約0.05g/ccのレベルにて含む;請求項1に記載の移植可能な医用材料。   The weight ratio of insoluble collagen fibers to soluble collagen is about 75:25 to about 65:35; the inorganic particles have an average particle size ranging from about 0.4 mm to about 4.0 mm; Includes insoluble collagen fibers at a level of about 0.05 g / cc to about 0.08 g / cc; and the putty has soluble collagen at a level of about 0.02 g / cc to about 0.05 g / cc. An implantable medical material according to claim 1 comprising. 骨形成物質をさらに含む、請求項1に記載の移植可能な医用材料。   The implantable medical material of claim 1, further comprising an osteogenic substance.
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